(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、
アイドル運転中に空燃比のフィードバック制御を行う場合、
空燃比検出手段により空燃比がリーンからリッチに切り替わったと判定されると、燃料噴射量を増加させた後に減少させると共に、リフト・作動角可変機構により吸気弁のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更して吸入空気量を増加させ、
空燃比検出手段により空燃比がリッチからリーンに切り替わったと判定されると、燃料噴射量を減少させた後に増加させると共に、リフト・作動角可変機構により吸気弁のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更して吸入空気量を減少させることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気管に取り付けられた酸素センサまたは空燃比センサの出力に応じて燃料供給量を変化させ、触媒の転換効率の高い運転状態にすることが提案されている。
【０００３】
また特許文献１には、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）の出力に応じて燃料供給量（燃料噴射量）と空気（吸入空気量）を変化させて、空燃比を目標空燃比となるよう制御する際のトルク変化を抑止するようにした技術が提案されている。
【特許文献１】特開昭６１−７０１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、吸気弁よりも上流側に位置するスロットル弁の開度により吸入空気量を制御するような従来のスロットル制御を用いた場合には、スロットル弁よりも下流側に位置する吸気コレクタに充填される空気の一次応答遅れがあり、空気量変化を俊敏にすることが困難になる虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、アイドル運転中に空燃比のフィードバック制御を行う場合、空燃比検出手段により空燃比がリーンからリッチに切り替わったと判定されると、燃料噴射量を増加させた後に減少させると共に、リフト・作動角可変機構により吸気弁のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更して吸入空気量を増加させ、空燃比検出手段により空燃比がリッチからリーンに切り替わったと判定されると、燃料噴射量を減少させた後に増加させると共に、リフト・作動角可変機構により吸気弁のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更して吸入空気量を減少させることを特徴としている。吸気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁機構を用いて吸入空気量を制御すれば、空気量変化を鋭敏にすることが可能になる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、目標空燃比と計測された空燃比（実際の空燃比）とのずれ分を燃料噴射量ではなく吸入空気量で補正することが可能となる。つまり、燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。また、燃料付着量が大となる冷機状態では、燃料増加が抑制され、ひいては未燃ガスの排出を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１は内燃機関の吸気弁側可変動弁機構の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁機構は、吸気弁１のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１０と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬクランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構２０と、が組み合わされて構成されている。
【０００９】
まず、リフト・作動角可変機構１０について説明する。尚、このリフト・作動角可変機構１０は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。
【００１０】
リフト・作動角可変機構１０は、互いに並行に気筒列方向へ延びる駆動軸１１および制御軸１２を有している。駆動軸１１は、クランクシャフト（図示せず）から伝達される回転動力により軸周りに回転する。この駆動軸１１には、吸気弁１のバルブリフタ２に接触可能な揺動カム１３が回転自在に外嵌されているとともに、各気筒毎に偏心カム１４が固定又は一体形成されている。この偏心カム１４の外周面の軸心は駆動軸１１の軸心に対して偏心しており、この偏心カム１４の外周面にリング状の第一リンク１５が回転自在に外嵌している。
【００１１】
制御軸１２には、各気筒毎に偏心カム部としての制御カム１６が固定又は一体形成されている。この制御カム１６の外周面の軸心は制御軸１２の軸心に対して偏心しており、この制御カム１６の外周面に、ロッカーアーム１７の中央部が回転自在に連結されており、ロッカーアーム１７の他端はロッド状の第二リンク１８の一端部と回転自在に連結されている。この第二リンク１８の他端は揺動カム１３の先端部と回転自在に連結されている。
【００１２】
従って、クランクシャフトの回転に連動して駆動軸１１が軸周りに回転すると、偏心カム１４に外嵌する第一リンク１５がほぼ並進方向に作動し、この第一リンク１５の並進運動がロッカーアーム１７の揺動運動に変換されて、第二リンク１８を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁１のバルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１が図外のバルブスプリングの反力に抗して開閉駆動される。
【００１３】
また、アクチュエータ（制御軸駆動用モータ）３０により、制御軸１２を回転駆動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心となる制御カム１６の中心位置が変化して、このロッカーアーム１７及びリンク１５、１８の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁１の作動角およびバルブリフト量の双方が連続的、かつ気筒列毎に各気筒の吸気弁１が連動して作動する。換言すれば、基準に対して所定の回転方向に向かって制御軸１２の軸回転角度（回転角度）を大きくすると吸気弁１のリフト量が大きくなる。
【００１４】
位相可変機構２０は、上述したリフト・作動角可変機構２０の駆動軸１１の一端側に設けられたものである。
【００１５】
駆動軸１１の一端側には、その外周上にカムスプロケット２１が同軸上に配置されている。このカムスプロケット２１は、チェーン又はタイミングベルトを介してクランクシャフトからの回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。
【００１６】
位相可変機構２０は、上記のカムスプロケット２１と駆動軸１１との間の回転伝達経路に設けられ、ソレノイドバルブ４１により供給油圧を制御することによって、両者の回転位相を連続的かつ多段階に変化させるよう構成されたものである。尚、このような位相可変機構は、ベーンを用いたタイプ、ヘリカルスプラインを用いたタイプ等が公知であり、詳細な説明は省略する。
【００１７】
また、図１における３１は、制御軸１２の回転角度を検出する制御軸センサである。
【００１８】
図２は本発明の一実施形態を示すシステム構成図である。燃焼室４は、エンジン各気筒のピストン３冠面部と、点火栓５を囲むように配置された吸気弁１及び排気弁６との間に構成されている。７は吸気通路、８は排気通路である。吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。吸気弁１、排気弁６、燃料噴射弁９および点火栓５の作動はコントロールユニット５０により制御されている。このコントロールユニット５０には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ５３、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ５５、吸気通路７にて吸入空気量を計測するエアフローメータ５１、排気触媒５６の上流側に位置して排気中の酸素濃度から空燃比のリッチ・リーンを検出する酸素センサ６０、点火する気筒を判別する気筒判別センサ５４、から信号が入力されている。
【００１９】
尚、図示はしないが、運転者がアクセルペダルが踏んでいないか、少しでも踏んでいるかを判定（踏んでいなければＯＮ、少しでも踏んでいればＯＦＦと判定）するアイドルスイッチからの信号もコントロールユニット５０には入力されている。さらに、排気触媒５６の温度を検知する触媒温度センサ（図示せず）からの信号もコントロールユニット５０には入力されている。
【００２０】
また、エアフローメータ５１の下流側には、電子制御式スロットル８０が配置され、アクセル開度ＡＰＯ検出結果、機関回転数など機関の運転状況に応じてコントロールユニット５０により駆動制御されている。
【００２１】
電子制御スロットル８０の下流側には、吸気コレクタ８１が配設され、吸気コレクタ８１の下流側には、前述した吸気通路７が配置されている。
【００２２】
吸気コレクタ８１には、内部の圧力を検知する圧力センサ９０が配置されており、検出されたコレクタ８１内部の圧力はコントロールユニット５０に入力されている。この他、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ等からも信号が入力されるが、図示は省略した。尚、図２中の５２は、エアクリーナである。また、コントロールユニット５０は、このような各種入力信号に基づいて、内燃機関の空燃比のフィードバック制御を行うことができるものである。
【００２３】
上述のリフト・作動角可変機構１０を用いると、良好な応答性で吸入空気量を制御することが可能となる。そのため、従来、空燃比のフィードバック制御を行う場合には、燃料噴射量を変更することで行っていたが、基本的には燃料噴射量によってトルクが決定されるので、トルク変動が生じることになる。そこで、本実施形態においては、計測された空燃比に応じて、リフト・作動角可変機構１０を作動させ、リフト・作動角を変更することで、吸入空気量を可変制御し、空燃比とトルクを同時に適正化する。
【００２４】
図３は、燃料噴射量と吸入空気量の双方を可変制御することで空燃比を適正化した本実施形態の空燃比とトルクの相関関係を示している。図４は、本実施形態における空燃比、燃料噴射量及びリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２の回転角度のタイミングチャートを示している。図５は、吸入空気量を一定とし、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例における空燃比とトルクの相関関係を示している。尚、図４中に点線で示した燃料噴射量は、図５に示した比較例の燃料噴射量を表すものである。
【００２５】
本実施形態においては、図４に示すように、空燃比がリーンと判定されると（λ＝λ2を検知）、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも小リフト・小作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を小さくして吸入空気量を減少させると共に、燃料噴射量を減少させる。詳述すると、空燃比がリーンと判定された際の燃料噴射量は、減少した後に徐々に増加するように制御されている。
【００２６】
また、空燃比がリッチと判定されると（λ＝λ1を検知）、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも大リフト・大作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を大きくして吸入空気量を増加させると共に、燃料噴射量を増加させる。詳述すると、空燃比がリッチと判定された際の燃料噴射量は、増加した後に徐々に減少するように制御されている。
【００２７】
このように、空燃比の検出値がリッチからリーンに切り替わるタイミング、あるいはリーンからリッチ切り替わるタイミングにおいて、吸入空気量と燃料噴射量の双方を変更することにより、図３に示すように、このときのトルク変動であるΔＴ１を、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例（図５を参照）のトルク変動であるΔＴ２よりも相対的に小さくすることができる。
【００２８】
詳述すると、空燃比がリーンと判定されると空気量と燃料噴射量の双方が減少するように制御し、空燃比がリッチと判定されると空気量と燃料噴射量の双方が増加するように制御することで、図３に示すように、このときのトルク変動であるΔＴ１を相対的に小さくすることができる。
【００２９】
図６は、本実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。
【００３０】
ステップ（以下、単にＳと記す）１１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。
【００３１】
Ｓ１２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御領域であればＳ１３へ進み、空燃比フィードバック制御領域でなければ今回のルーチンを終了する。
【００３２】
Ｓ１３では、内燃機関が回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、アイドル運転領域であればＳ１４へ進み、アイドル運転領域でなければＳ１５へ進む。
【００３３】
つまり、空燃比フィードバック制御領域でアイドル運転領域であればＳ１４へ進み、空燃比フィードバック制御領域でアイドル運転領域でない場合にＳ１５へ進む。
【００３４】
Ｓ１４では、計測された空燃比の反転時にＴＧＶＥＬを変更する。すなわち空燃比がリーンに切り替わったと判定（λ＝λ2を検知）されると吸気弁１のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更し、空燃比がリッチに切り替わったと判定（λ＝λ1を検知）されると吸気弁１のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更する。
【００３５】
換言すれば、空燃比がリーンに切り替わったと判定（λ＝λ2を検知）されるとリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも小リフト・小作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を小さくして吸入空気量を減少させる。このとき燃料噴射量は減少させた後に増加するよう制御される。つまり、空燃比がリーンに切り替わった直後においては、吸入空気量と燃料噴射量は伴に減少傾向にある。
【００３６】
一方、空燃比がリッチと判定される（λ＝λ1を検知）とリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも大リフト・大作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を大きくして吸入空気量を増加させる。このとき燃料噴射量は増加させた後に減少するよう制御される。つまり、空燃比がリッチに切り替わった直後においては、吸入空気量及び燃料噴射量は伴に増加傾向にある。
【００３７】
Ｓ１５では、目標トルクと実トルクとの乖離に応じてＴＧＶＥＬを変更する。すなわち、目標トルクに対して実トルクが小さい場合には、吸気弁１のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更し、目標トルクに対して実トルクが大きい場合には、吸気弁１のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更する。
【００３８】
このような第１実施形態においては、空燃比フィードバック制御領域で、かつアイドル運転領域では、目標空燃比と計測された空燃比（実際の空燃比）とのずれ分を燃料噴射量ではなく吸入空気量で補正することで、燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る内燃機関の吸気弁側可変動弁機構の構成を示す構成説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関のシステム構成を示す説明図。
【図３】燃料噴射量と吸入空気量の双方を可変制御することで空燃比を適正化した本発明に係る内燃機関の空燃比とトルクとの相関関係を示した説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における空燃比、燃料噴射量及びリフト・作動角可変機構の制御軸の回転角度を示すタイミングチャート。
【図５】吸入空気量を一定とし、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例における空燃比とトルクの相関関係を示した説明図。
【図６】本発明の第１実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９９】
１…吸気弁
６…排気弁
１０…リフト・作動角可変機構
１２…制御軸
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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【図３】
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【図５】
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