(57)【要約】【課題】可変バルブタイミング制御システムにおいて、実際のエンジンの状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内で低温時のバルブオーバーラップを増大して低温時の燃費・出力を向上させる。【解決手段】エンジンの未暖機時に、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸気ＶＶＴ進角値（目標排気ＶＶＴ遅角値）をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する。このようにすれば、エンジンの製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつきによってエンジンの状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながらエンジンの状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実吸排気ＶＶＴを制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉時期（以下「バルブタイミング」という）を予め設定された目標バルブタイミングに制御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
内燃機関の燃焼安定性を判定する燃焼安定性判定手段と、
内燃機関の温度に関する情報を検出する機関温度検出手段と、
前記機関温度検出手段で検出した内燃機関の温度が所定温度以下となる低温時に前記燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で前記目標バルブタイミングをその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記燃焼安定性判定手段は、内燃機関の回転変動又は排出ガスの空燃比変動に基づいて燃焼安定性を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記低温時に前記燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて前記目標バルブタイミングを補正し、補正後の目標バルブタイミングを学習値として書き換え可能な不揮発性メモリに更新記憶し、その後の始動時には、前記目標バルブタイミングの学習値を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記低温時に前記燃焼安定性判定手段により算出された燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えないときには、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが大きくなる方向に補正し、前記低温時に燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えたときに、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが小さくなる方向に補正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温時の可変バルブタイミング制御の制御特性を改善した内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）の吸気バルブや排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）が変化すると、バルブオーバーラップ（両方のバルブが共に開いている期間）が変化する。このバルブオーバーラップは、内部ＥＧＲ（排気残留率）を変化させて、燃費や出力に大きな影響を与えるため、可変バルブタイミング制御では、エンジン運転状態に応じて適正なバルブオーバーラップを確保するように目標バルブタイミングが設定される。
【０００３】
一般に、低温時（未暖機時）は、暖機時と比べて、燃焼安定性が低く且つフリクションロスが大きいため、低温時には、バルブオーバーラップ（吸気バルブタイミングの進角量）を小さくするように目標バルブタイミングが設定されている（特許文献１参照）。しかも、実際には、エンジンの製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき（フリクションロスのばらつき）によってエンジンの状態がばらついているため、実際の適合時には、図７に示すように、低温時のエンジン状態のばらつき分の余裕を見て、低温時の目標バルブタイミングがより安全側（＝バルブオーバーラップをより小さく方向）に適合されている。
【特許文献１】特開平５−１５６９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、低温時のエンジン状態のばらつき分の余裕を見て、低温時の目標バルブタイミングがより安全側（＝バルブオーバーラップをより小さく方向）に適合されているため、図７に示すように、低温時に実際の燃焼安定限界に対して目標バルブタイミング（適合値）が安全側に過大に設定されてしまい、その結果、実際の燃焼安定限界となるバルブオーバーラップ（吸気バルブタイミングの進角値）に対してバルブオーバーラップが過度に小さく制御されてしまい、可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果が小さくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、実際の内燃機関の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内で低温時のバルブオーバーラップを増大できて、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる内燃機関の可変バルブタイミング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】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブの開閉時期（以下「バルブタイミング」という）を予め設定された目標バルブタイミングに制御する内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、内燃機関の燃焼安定性を燃焼安定性判定手段により判定すると共に、内燃機関の温度に関する情報を機関温度検出手段により検出し、検出した内燃機関の温度が所定温度以下となる低温時に前記燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標バルブタイミングをその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正するようにしたものである。このようにすれば、内燃機関の製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき（フリクションロスのばらつき）によって内燃機関の状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながら内燃機関の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実バルブタイミングを制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。
【０００７】
一般に、燃焼安定性が低下するほど、内燃機関の運転状態が不安定になって、内燃機関の回転変動が大きくなったり、排出ガスの空燃比変動が大きくなる傾向があるため、請求項２のように、内燃機関の回転変動又は排出ガスの空燃比変動に基づいて燃焼安定性を判定するようにすると良い。これにより、燃焼安定性を精度良く判定することができる。
【０００８】
また、請求項３のように、低温時に燃焼安定性判定手段の判定結果に基づいて目標バルブタイミングを補正し、補正後の目標バルブタイミングを学習値として書き換え可能な不揮発性メモリに更新記憶し、その後の始動時には、前記目標バルブタイミングの学習値を用いるようにしても良い。このようにすれば、実際の内燃機関の状態に応じた適正な目標バルブタイミングを学習することができるので、内燃機関毎に最適なバルブオーバーラップを早期に実現できるようになり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果をより高めることができる。
【０００９】
また、請求項４のように、低温時に燃焼安定性判定手段により算出された燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えないときには、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが大きくなる方向に補正し、前記低温時に燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値を越えたときに、前記目標バルブタイミングをバルブオーバーラップが小さくなる方向に補正するようにすると良い。このようにすれば、低温時にバルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持することができ、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を最大限に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１乃至図８を用いて本発明の実施例１を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１５と、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００１２】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１３】
また、エンジン１１の吸気バルブ３２には、該吸気バルブ３２のバルブタイミング（以下「吸気ＶＶＴ」と表記する）を可変する可変吸気バルブタイミング装置３３が設けられ、排気バルブ３４には、該排気バルブ３４のバルブタイミング（以下「排気ＶＶＴ」と表記する）を可変する可変排気バルブタイミング装置３５が設けられている。
【００１４】
一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４が設けられている。尚、空燃比センサ２４の代わりに、排出ガスのリッチ／リーンを検出する酸素センサを設けるようにしても良い。
【００１５】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、エンジン１１の温度情報として冷却水温を検出する冷却水温センサ２５（機関温度検出手段）や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１６】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、ＣＰＵ２８、ＲＯＭ２９、ＲＡＭ３０、バックアップＲＡＭ３１（書き換え可能な不揮発性メモリ）等を備えたマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭ３０に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。
【００１７】
更に、ＥＣＵ２７は、図２に示す目標吸排気ＶＶＴ値演算機能を、図３の目標吸排気ＶＶＴ値演算プログラムによって実現する。このＥＣＵ２７の目標吸排気ＶＶＴ値演算機能は、エンジン暖機状態判定ブロック４１、燃焼安定性判定ブロック４２、目標ＶＶＴ値算出ブロック４３、水温補正ブロック４４及び目標ＶＶＴ補正ブロック４５とから構成されている。
【００１８】
エンジン暖機状態判定ブロック４１は、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温が暖機判定閾値を越えたか否かでエンジン１１の暖機が完了したか否かを判定する。
燃焼安定性判定ブロック４２は、特許請求の範囲でいう燃焼安定性判定手段として機能し、図４に示すように、燃焼安定性の判定値として、エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量（空燃比センサ２４の検出空燃比変動量）を検出して、当該変動量を燃焼安定限界の判定閾値と比較し、当該変動量が判定閾値以下であれば、燃焼安定性が良いと判定し、当該変動量が判定閾値を越えていれば、燃焼安定性が悪いと判定する。
【００１９】
目標ＶＶＴ値算出ブロック４３は、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じて目標吸気ＶＶＴ進角値と目標排気ＶＶＴ遅角値をマップ等により算出する。
水温補正ブロック４４は、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温に応じて、吸気ＶＶＴ用水温補正係数Ｋinと排気ＶＶＴ用水温補正係数Ｋexを図５（ａ）、（ｂ）のマップにより算出し、目標ＶＶＴ進角値算出ブロック４３で算出した目標吸気ＶＶＴ進角値と目標排気ＶＶＴ遅角値にそれぞれ水温補正係数Ｋin，Ｋexを乗算して、水温補正処理した目標吸気ＶＶＴ進角値と目標排気ＶＶＴ遅角値を求める。各水温補正係数Ｋin，Ｋexのマップの特性は、図６に示すように、例えば、１０℃以下の低温側の領域では、各水温補正係数Ｋin，Ｋexは最小値「０」となり、また、例えば、４０℃以上の暖機側の領域では、各水温補正係数Ｋin，Ｋexは最大値「１」となり、これらの中間温度領域では、冷却水温が高くなるほど、各水温補正係数Ｋin，Ｋexが大きくなるように設定されている。
【００２０】
目標ＶＶＴ補正ブロック４５は、特許請求の範囲でいう制御手段として機能し、エンジン暖機状態判定ブロック４１により未暖機時（特許請求の範囲でいう「低温時」に相当）と判定されたときに、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸気ＶＶＴ進角値をその適合値（水温補正係数Ｋinで補正した値）よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し（目標吸気ＶＶＴ進角値を大きくし）、及び／又は、目標排気ＶＶＴ遅角値をその適合値（水温補正係数Ｋexで補正した値）よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する（目標排気ＶＶＴ遅角値を大きくする）。
【００２１】
この場合、目標ＶＶＴ補正ブロック４５は、未暖機時（低温時）に、燃焼安定性の判定値（エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量）が燃焼安定限界の判定閾値を越えないときには、目標吸気ＶＶＴ進角値をその適合値（水温補正係数Ｋinで補正した値）よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し（目標吸気ＶＶＴ進角値を大きくし）、及び／又は、目標排気ＶＶＴ遅角値をその適合値（水温補正係数Ｋexで補正した値）よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する（目標排気ＶＶＴ遅角値を大きくする）。その後、燃焼安定性の判定値（エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量）が燃焼安定限界の判定閾値を越えたときに、目標吸気ＶＶＴ進角値をバルブオーバーラップを小さく方向に補正し、及び／又は、目標排気ＶＶＴ遅角値をバルブオーバーラップを小さくする方向に補正する。これにより、未暖機時（低温時）に、バルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持するように制御する。
【００２２】
以上説明した本実施例１の目標吸気ＶＶＴ進角値と目標排気ＶＶＴ遅角値の演算処理はＥＣＵ２７によって図３の目標吸排気ＶＶＴ値演算プログラムに従って実行される。以下、図３の目標吸排気ＶＶＴ値演算プログラムの処理内容を説明する。以下の説明では、「目標吸排気ＶＶＴ値」とは、「目標吸気ＶＶＴ進角値」、「目標排気ＶＶＴ遅角値」を意味し、「実吸排気ＶＶＴ値」とは、「実吸気ＶＶＴ進角値」、「実排気ＶＶＴ遅角値」を意味する。
【００２３】
図３の目標吸排気ＶＶＴ値演算プログラムは、エンジン運転中に所定周期（吸排気ＶＶＴの制御周期）で実行される。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度と負荷）に応じて目標吸排気ＶＶＴ値をマップ等により算出する。この後、ステップ１０２に進み、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温に応じて水温補正係数Ｋin，Ｋexを図５（ａ）、（ｂ）のマップにより算出し、この水温補正係数Ｋin，Ｋexを目標吸排気ＶＶＴ値に乗算して、水温補正処理した目標吸排気ＶＶＴ値を求める。
【００２４】
この後、ステップ１０３に進み、冷却水温センサ２５で検出した冷却水温が暖機判定閾値を越えたか否かでエンジン１１の暖機が完了したか否かを判定し、暖機完了後と判定されれば、ステップ１０８に進み、上記ステップ１０２で水温補正処理した目標吸排気ＶＶＴ値をそのまま出力して、実吸排気ＶＶＴ値を当該目標吸排気ＶＶＴ値に一致させるように制御する。
【００２５】
これに対して、上記ステップ１０３で、冷却水温が暖機判定閾値以下（未暖機時）と判定されれば、ステップ１０４に進み、燃焼安定性の判定値（エンジン回転速度の変動量又は排出ガスの空燃比変動量）を検出した後、ステップ１０５に進み、燃焼安定性の判定値を燃焼安定限界の判定閾値と比較し、燃焼安定性の判定値が判定閾値以下であれば、燃焼安定性が良いと判断して、ステップ１０６に進み、上記ステップ１０２で水温補正処理した目標吸排気ＶＶＴ値に所定値を加算して、目標吸排気ＶＶＴ値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正し、次のステップ１０８で、補正後の目標吸排気ＶＶＴ値を出力して、実吸排気ＶＶＴ値を当該目標吸排気ＶＶＴ値に一致させるように制御する。
【００２６】
また、上記ステップ１０５で、燃焼安定性の判定値が燃焼安定限界の判定閾値以上であると判定されれば、燃焼安定性が燃焼安定限界を越えて燃焼安定性が悪化したと判断して、ステップ１０７に進み、上記ステップ１０２で水温補正処理した目標吸排気ＶＶＴ値から所定値を減算して、目標吸排気ＶＶＴ値をバルブオーバーラップを小さくする方向に補正し、次のステップ１０８で、補正後の目標吸排気ＶＶＴ値を出力して、実吸排気ＶＶＴ値を当該目標吸排気ＶＶＴ値に一致させるように制御する。これらステップ１０５〜１０８の処理によって、未暖機時（低温時）に、バルブオーバーラップを燃焼安定限界付近に維持するように制御する。
【００２７】
以上説明した本実施例１によれば、図８に示すように、未暖機時（低温時）に、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気ＶＶＴ値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正するようにしたので、エンジン１１の製造ばらつき、経時変化、オイル粘性のばらつき（フリクションロスのばらつき）によってエンジン１１の状態がばらついていても、低温時に燃焼安定限界を越えないように実際の燃焼安定性を確認しながらエンジン１１の状態のばらつきに応じて燃焼安定限界の範囲内でバルブオーバーラップを大きくする方向に実吸排気ＶＶＴ値を制御することが可能となり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を高めることができる。
【実施例２】
【００２８】
図９に示す本発明の実施例２では、上記実施例１と同様の方法で、未暖機時（低温時）に燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気ＶＶＴ値をその適合値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正すると共に、補正後の目標吸排気ＶＶＴ値を学習値としてＥＣＵ２７のバックアップＲＡＭ３１（書き換え可能な不揮発性メモリ）に更新記憶しておき、次回のエンジン始動時には、バックアップＲＡＭ３１に記憶されている目標吸排気ＶＶＴ値の学習値を読み出して、この学習値を目標吸排気ＶＶＴ値の初期値として用い、燃焼安定性が予め設定された燃焼安定限界を越えない範囲で目標吸排気ＶＶＴ値をその学習値よりもバルブオーバーラップを大きくする方向に補正する。
この場合、目標吸排気ＶＶＴ値の学習値は、学習精度を向上させるために冷却水温毎やエンジン運転状態毎に学習するようにすると良い。
【００２９】
以上説明した本実施例２によれば、実際のエンジン１１の状態に応じた適正な目標吸排気ＶＶＴ値を学習することができるので、エンジン毎に最適なバルブオーバーラップを早期に実現できるようになり、低温時の可変バルブタイミング制御による燃費・出力向上の効果を前記実施例１よりも高めることができる。
【００３０】
尚、上記実施例１，２では、吸気バルブ３２と排気バルブ３４の両方のバルブタイミングを可変制御するようにしたが、吸気バルブ３２と排気バルブ３４のいずれか一方のみのバルブタイミングを可変制御するシステムにも本発明を適用して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】ＥＣＵの目標吸排気ＶＶＴ値演算機能を示すブロック図である。
【図３】実施例１の目標吸排気ＶＶＴ値演算プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】燃焼安定性の判定方法を説明する図である。
【図５】（ａ）は吸気ＶＶＴ用水温補正係数Ｋinのマップの一例を説明する図であり、（ｂ）は排気ＶＶＴ用水温補正係数Ｋexのマップの一例を説明する図である。
【図６】吸気ＶＶＴ用／排気ＶＶＴ用の水温補正係数Ｋin，Ｋexのマップの一例を概念的に示す図である。
【図７】従来制御の制御挙動の一例を示すタイムチャートである。
【図８】実施例１による制御挙動の一例を示すタイムチャートである。
【図９】実施例２による制御挙動の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３２】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２５…冷却水温センサ（機関温度検出手段）、２７…ＥＣＵ（燃焼安定性判定手段，制御手段）、３２…吸気バルブ、３３…可変吸気バルブタイミング装置、３４…排気バルブ、３５…可変排気バルブタイミング装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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