(57)【要約】【課題】吸気弁を遅閉じ制御するエンジンにおいて、吸気弁のバルブタイミングを変更してトルクの向上を図ろうとすると、トルク特性がエンジン回転数により異なるために、バルブタイミングの進角特性を一定にすると、トルクにむらが生じた。【解決手段】少なくとも吸気弁のバルブタイミングを変更することが可能で、かつ吸気弁を遅閉じ制御する内燃機関において、少なくとも高負荷運転状態で吸気弁のバルブタイミングを進角補正する内燃機関の制御方法であって、進角補正の特性を機関回転数に基づいて変更し、機関回転数が高いほど、スロットル開度の増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも吸気弁のバルブタイミングを変更することが可能で、かつ吸気弁を遅閉じ制御する内燃機関において、少なくとも高負荷運転状態で吸気弁のバルブタイミングを進角補正する内燃機関の制御方法であって、
進角補正の特性を機関回転数に基づいて変更し、
機関回転数が高いほど、スロットル開度の増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として自動車用の内燃機関の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばミラーサイクルエンジンと称するエンジンでは、例えば特開平１１−３５０９８９号公報に記載のもののように、吸気弁を閉じるタイミングを、吸気行程が終了して圧縮行程に移行した後に設定し、有効膨張比を大きくとった上で有効圧縮比を下げることにより、熱効率を上昇させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような構成のものであると、吸気行程から圧縮行程に移行した後もしばらくは吸気弁が開いている状態が生じるので、吸気の吹き戻しつまり混合気が吸気弁から吸気ポート側に逆流する現象が発生する。このため、吸入空気量が減少し、スロットルバルブを全開にしている高負荷運転状態において、トルクが低下する結果となった。
【０００４】
このような吸気弁の遅閉じ制御における不具合に対して、連続可変バルブタイミング機構を用いて、運転状態に応じて吸気弁を閉じるタイミングを変更して、吸気の吹き戻しを最小限に止めてトルクの低下を防ぐようにすることが考えられている。具体的には、吸気弁を閉じるタイミングである目標バルブタイミングをスロットル開度に基づいてマップにより設定しておき、全開状態を含んで、目標バルブタイミングを設定するためのスロットルバルブ判定開度以上の所定開度範囲内でスロットルバルブが開成される運転状態にあっては、吸気弁を閉じるタイミングを目標バルブタイミングに向けて徐々に進角補正して、遅閉じではない通常の吸気弁閉じタイミングにほぼ一致するように設定するものである。
【０００５】
しかしながら、同じスロットル開度であってもエンジン回転数が高くなるほどトルクが低下するために、スロットル開度に対するトルクの立ち上がり方がエンジン回転数によって異なってくる。これは、エンジン回転数が高いほど、吸気の抵抗が多くなり、その結果としてシリンダに入る空気が減少するために発生するものである。このため、スロットルバルブ判定開度を、例えばエンジン回転数が低い場合のものに適合させて設定しておき、エンジン回転数が高い場合に、その判定開度で補間計算を行って目標バルブタイミングに向けて進角補正を行うと、そのスロットルバルブ判定開度までのトルクとそれ以降のスロットル開度におけるトルクとの特性が異なることにより、トルクの変化する時点があり、エンジンの運転状態が円滑でなくなる可能性があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題を解決することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の内燃機関の制御方法は、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを変更することが可能で、かつ吸気弁を遅閉じ制御する内燃機関において、少なくとも高負荷運転状態で吸気弁のバルブタイミングを進角補正する内燃機関の制御方法であって、進角補正の特性を機関回転数に基づいて変更し、機関回転数が高いほど、スロットル開度の増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御することを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、少なくとも高負荷運転状態にあっては、吸気弁のバルブタイミングを進角補正して、遅閉じ制御の状態から通常のバルブタイミングで閉じることになる。したがって、圧縮行程において吸気弁が開いている期間を短縮することが可能になり、混合気の吹き抜けを抑制する。しかも、進角補正は、機関回転数に基づいてその特性を変更するので、機関回転数が異なることによりトルクの立ち上がり方が異なっても、最適な進角量で吸気弁のバルブタイミングを補正することが可能になる。この場合に、機関回転数が高いほど、スロットル開度の増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御するので、高負荷運転状態において、トルクの立ち上がりが緩慢であっても、吸気弁のバルブタイミングを進角補正したことによりトルクが増加しても、進角補正する前のトルクと円滑に連続し、ドライバビリティの低下を防止することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジンは、自動車用の３気筒のもので、エンジンの吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられ、サージタンク３からの吸入空気は吸気弁３７を介してシリンダ内に吸入される。サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルド４のシリンダヘッド側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を電子制御装置６により制御するようにしている。また、吸気系２０には、燃焼室から排気弁３６を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ２センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の一に取り付けられている。
【００１０】
また、このエンジンは、連続可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称する）３０を具備するものである。ＶＶＴ３０は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、排気カムシャフト３１に固定されたロータ（図示しない）と、ロータに外嵌するハウジング（図示しない）と、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁たるオイルコントロールバルブ３２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに固着し他方を吸気カムシャフト３３に固定した一対のギア３４，３５とを備えている。
【００１１】
そして、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ３２により制御して、ロータに対するハウジングの相対角度を変化させ、排気カムシャフト３１と吸気カムシャフト３３との間に任意の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフト（図示しない）の回転に対して排気弁３６を常に一定のタイミングで開閉させつつ、吸気弁３７のバルブタイミングを変化させて、排気弁３６のバルブタイミングと吸気弁３７のバルブタイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができ、吸気弁３７の開閉タイミングを例えばアイドリング時には遅角側に移動させてオーバーラップを小さくするとともに、高負荷時には進角側へ移動させてオーバーラップを大きくし、エンジンの燃費や出力、あるいはドライバビリティの向上などに寄与させている。また、排気カムシャフト３１の一方の端部には、クランク角度信号及び気筒判別用のＮ信号を出力するクランクセンサ４１が取り付けてあり、吸気カムシャフト３３の一方の端部には、２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に吸気カム信号を出力するタイミングセンサ４２が、それぞれ取り付けてある。
【００１２】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。その入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力（吸気管圧力）を検出するための吸気圧センサ１３から出力させる吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、クランクセンサ４１から出力されるクランク角度信号ｍ、タイミングセンサ４２から出力される吸気カム信号ｎ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されＩＤＬ信号ｄ、スロットルバルブ２の開度すなわちスロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ１７から出力される開度信号ｅ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１８から出力される水温信号ｆ、上記したＯ２センサ２１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆたる駆動パルスＩＮＪが、またスパークプラグ１９に対して点火信号ｇが出力されるようになっている。
【００１３】
電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力させる回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジンの運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本燃料噴射時間すなわち基本噴射量ＴＡＵＢを補正して燃料噴射弁開成時間である最終噴射時間すなわち燃料噴射量ＴＡＵを決定し、その決定された時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジンの運転状態に応じた燃料噴射量ＴＡＵを燃料噴射弁５から吸気系１に噴射するためのプログラムが内蔵してある。
【００１４】
また、電子制御装置６には、少なくとも吸気弁３７のバルブタイミングを変更することが可能で、かつ吸気弁３７を遅閉じ制御するエンジンにおいて、少なくとも高負荷運転状態で吸気弁３７のバルブタイミングを進角補正するものであって、進角補正の特性をエンジン回転数ＮＥに基づいて変更し、エンジン回転数ＮＥが高いほど、スロットル開度ＴＡの増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御するためのプログラムが内蔵してある。
【００１５】
この制御プログラムの概略手順を図２を参照して説明する。この制御プログラムにあっては、以下に説明するスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとの間のスロットル開度ＴＡに対応する吸気弁３７の進角量が、図３にその内容を示す進角量マップにて設定してある。スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬ及びスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨはそれぞれ、進角量マップとは別の上下限開度マップ（図４）により、エンジン回転数ＮＥに基づいて設定してあり、エンジン回転数ＮＥが高いほど高い開度に設定してある。この場合に、スロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨは、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬのエンジン回転数ＮＥに対する増加量に比較して小さく設定してある。このように、スロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨがエンジン回転数ＮＥが高くなるほど高くなるので、スロットル開度ＴＡに対する進角量は、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど増加の割合が小さいものとなっている。
【００１６】
まずステップＳ１では、アイドルスイッチ１６から出力されるＩＤＬ信号ｄに基づいてアイドル運転状態であるか否かを判定し、アイドル運転状態である場合はステップＳ２に進み、アイドル運転状態でない場合はステップＳ３に移行する。ステップＳ２では、アイドル運転状態でのアイドルオン基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＮに基づいて目標バルブタイミングを決定する。このアイドルオン基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＮは、後述のアイドルオフ基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＦとともに、遅閉じ制御における目標バルブタイミングを基本にして、運転状態に最適な目標バルブタイミングとなるように設定してある。ステップＳ３では、この時点のエンジン回転数ＮＥに対するスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬを、上下限開度マップに基づいて決定する。ステップＳ４では、スロットル開度センサ１７から出力されるスロットル開度信号ｅに基づいて、この時点のスロットルバルブ２のスロットル開度ＴＡがスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬを上回るか否かを判定し、上回っている場合は、ステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ５に移動する。
【００１７】
ステップＳ５では、この時点のエンジン回転数ＮＥから、上下限開度マップに基づいて、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬ及びスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨを決定する。ステップＳ６では、アイドル運転状態ではない運転状態でのアイドルオフ基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＦに基づいて目標バルブタイミングを決定する。ステップＳ７では、この時点で検出したスロットル開度ＴＡに対応する進角量を、進角量マップに基づいて、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとから補間計算を行って決定し、決定した進角量によりアイドルオフ基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＦを進角補正して、目標バルブタイミングを決定する。
【００１８】
このような構成において、スロットルバルブ２がほぼ全閉状態にあるアイドル運転状態では、吸気弁３７の目標バルブタイミングは、アイドルオン基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＮにより決定する（ステップＳ１、ステップＳ２）。この場合、熱効率を向上させるため、遅閉じ制御におけるバルブタイミングとほぼ同じバルブタイミングに設定される。
【００１９】
次に、例えば加速のためにアクセルペダルが踏み込まれることにより、スロットルバルブ２が開成すると、アイドルスイッチ１６からＩＤＬ信号ｄが出力されないので、アイドル運転状態でないと判定し（ステップＳ１にて「Ｎｏ」の判定）、スロットル開度ＴＡが、エンジン回転数ＮＥに応じて決定されたスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬを上回る状態であるかどうかを判定する（ステップＳ３、ステップＳ４）。スロットル開度ＴＡがスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬより小さい、つまり低負荷の運転状態である場合は、アイドルオフ基本バルブタイミングＴＶＴＴＢＦにより吸気弁３７の基本バルブタイミングを決定する（ステップＳ６）。したがって、吸気弁３７は、この時点の最適なバルブタイミングにより閉成されるので、熱効率よくエンジンを運転することができる。
【００２０】
この後、アクセルペダルが徐々に踏み込まれて、エンジン回転数ＮＥが上昇すると、スロットル開度ＴＡがスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬを上回る状態（ステップＳ４にて「Ｙｅｓ」の判定）となる。この状態では、この時点のエンジン回転数ＮＥからスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨを決定して（ステップＳ５）、この時点のスロットル開度ＴＡの値に基づいて、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとの間における、進角補正された目標バルブタイミングを決定する（ステップＳ７）。
【００２１】
この場合、エンジン回転数ＮＥが上昇していることにより、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとが、エンジン回転数ＮＥに応じて高く設定される。この結果、図３に二点鎖線で示すように、スロットル開度ＴＡに対する吸気弁３７の進角量は、ベースとなる進角量（図３に実線で示す）より、増加の割合が緩やかな特性で増加するものである。
【００２２】
したがって、スロットル開度ＴＡがスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬを超えた後、エンジン回転数ＮＥが比較的低い、つまり低負荷域での運転状態である場合には、吸気弁３７のバルブタイミングの進角量は、スロットル開度ＴＡに応じて徐々に増加される。このため、図５に示すように、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬ以下のスロットル開度ＴＡにおいて発生するトルクと、進角されたバルブタイミングで発生するトルクとが、トルクの急激な変化を伴わずに円滑に連続するものとなる。それ故に、目標バルブタイミングを進角して吸気弁３７の遅閉じ制御から通常のタイミングでの閉じ制御に切り替えても、トルクの低下を補償することができる。
【００２３】
そしてこの後、エンジン回転数ＮＥの上昇にしたがって、スロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとが大きくされ、かつ両者の差が大きくなるため、スロットル開度ＴＡの変化に対して目標バルブタイミングの進角量がそれ以前つまりエンジン回転数ＮＥが低い運転状態の場合より少ない量で増加される。このように、目標バルブタイミングを進角補正することにより、図６に示すように、発生するトルクを、吸気弁３７を遅閉じ制御するものではない通常の閉じ制御に緩やかに近似させることとなり、進角補正を行わない場合に比較してトルクが増し、高負荷運転領域においてトルクが不足することを確実に防止することができる。
【００２４】
このように、目標バルブタイミング遷移条件であるスロットルバルブ下限判定開度ＫＶＴＦＴＡＬとスロットルバルブ上限判定開度ＫＶＴＦＴＡＨとをエンジン回転数ＮＥに基づいて変更することにより、運転状態に対応した目標バルブタイミングの進角量を設定することができ、よって、その時点のエンジンの運転状態に応じたトルク特性を発生させることができる。この結果、ドライバビリティを向上させることができるとともに、良好な燃焼を維持することができるため、エミッションの低下を防止することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
上記実施の形態にあっては、吸気弁３７のバルブタイミングを可変としたが、吸気弁３７を常時一定のタイミングで開閉しておき、排気弁３６のバルブタイミングを可変にするものであってもよい。
【００２７】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、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。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも高負荷運転状態にあっては、吸気弁のバルブタイミングを進角補正して、遅閉じ制御の状態から通常のバルブタイミングで閉じるので、圧縮行程において吸気弁が開いている期間を短縮することができ、混合気の吹き抜けを抑制することができる。この場合に、進角補正は、機関回転数に基づいてその特性を変更するので、機関回転数が異なることによりトルクの立ち上がり方が異なっても、最適な進角量で吸気弁のバルブタイミングを補正することができる。
【００２９】
加えて、機関回転数が高いほど、スロットル開度の増加に対する進角量の増加割合が少なくとも補正の初期において小さくなるように制御するので、高負荷運転状態において、トルクの立ち上がりが緩慢であって、吸気弁のバルブタイミングを進角補正したことによりトルクが増加しても、進角補正する前のトルクと円滑に連続し、ドライバビリティの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略構成説明図。
【図２】同実施の形態の制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施の形態の進角量マップの内容を示す図。
【図４】同実施の形態の上下限開度マップの内容を示す図。
【図５】同実施の形態の作用説明図。
【図６】同実施の形態の作用説明図。
【符号の説明】
２…スロットルバルブ
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
３０…連続可変バルブタイミング機構
３７…吸気弁
【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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