(57)【要約】【課題】  本発明は内燃機関の制御装置に関し、吸気弁の開弁特性の変更により、オイル上がりを抑制しつつ、有効なマイナストルクを発生させることを目的とする。【解決手段】  吸気弁の開弁特性を変更する可変動弁機構として吸気電磁躯動弁を備える。エンジンブレーキが要求された場合に、バルブタイミングを減速用バルブタイミングに切り替える。減速用バルブタイミングは、吸気弁を、圧縮上死点で開弁し、膨張行程開始から吸気行程終了までの期間中に渡って開弁状態に設定する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開弁特性を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
内燃機関にマイナストルクが要求されたことを検知するマイナストルク要求検知手段と、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、圧縮行程が開始された後から膨張行程終了までの期間であって筒内圧力が正圧となる期間中の所定の開弁タイミングで吸気弁が開弁するように前記可変動弁機構を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記開弁タイミングは、圧縮上死点であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、圧縮上死点の近傍から吸気下死点の近傍までの期間に及んで吸気弁を連続的に開弁させるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、吸気行程開始後から吸気行程終了前までの期間中の所定の吸気終了タイミングで吸気弁が閉弁するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、圧縮行程開始後から圧縮行程終了前までの期間中の所定の吸気終了タイミングで吸気弁が閉弁するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記開弁タイミングは、前記圧縮行程開始後から圧縮行程終了前までの期間中の所定のタイミングであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記開弁タイミングは、膨張行程開始後から膨張行程終了前までの期間中の所定のタイミングであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
吸気通路にスロットルバルブを備え、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、前記スロットルバルブを全開とするスロットル開度設定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
吸気通路にスロットルバルブを備え、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、前記スロットルバルブにより吸気通路を絞るスロットル開度設定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、排気行程中に吸気弁が閉弁しないように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項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】
この発明は内燃機関の制御装置に係り、特に、作用角を大きく可変させる可変動弁機構を吸気弁に備える内燃機関の制御に好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開平１０−１１０６３４号公報に開示されているように、エンジンブレーキの補助を行う補助ブレーキ装置を備えた装置が知られている。この装置では、内燃機関にエンジンブレーキの要求があった場合に、吸気行程および膨張行程中に吸気弁を開弁させると共に、圧縮行程および排気行程の上死点近傍で排気弁を短期間開弁させることとしている。このため、上記従来の装置によれば、１サイクル当たりに２回の圧縮仕事を行うことによりマイナストルクを増大させて、そのマイナストルクをエンジンブレーキ力として利用することができる。
【０００３】
また、従来、例えば特開平１０−１１５２３４号公報に開示されているように、吸気弁のみに可変動弁機構を備えた装置が知られている。この装置では、吸気行程中の吸気弁開弁期間を短くすることとしている。このため、この装置によれば、筒内にガスを吸入するポンプ仕事を増大させることによりマイナストルクを増大させて、そのマイナストルクをエンジンブレーキ力として利用することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１１０６３４号公報
【特許文献２】特開平１０−１１５２３４号公報
【特許文献３】特開平１１−２１０５０７号公報
【特許文献４】特開平１１−１１７７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、補助ブレーキ装置を備える上記従来の装置による手法を実行するには、例えば、電磁躯動弁などのバルブ作用角を大きく可変させられる可変動弁機構を吸気弁および排気弁に備える必要がある。このため、吸気弁のみにそのような可変動弁機構を備える内燃機関では、上記手法を用いてマイナストルクを増大させることができない。特開平１０−１１５２３４号公報に開示された従来の装置によれば、吸気弁のみを可変動弁機構とする構成により、マイナストルクを増大させることができる。しかしながら、この従来の装置の手法は、ポンプ仕事を増大させるべく、筒内（燃焼室内）を大きく負圧化させるものである。このような手法でマイナストルクを増大させた場合、オイル上がりが増加するという問題が生ずる。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気弁の開弁特性の変更により、オイル上がりを抑制しつつ、有効なマイナストルクを発生させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、吸気弁の開弁特性を変更する可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置であって、
内燃機関にマイナストルクが要求されたことを検知するマイナストルク要求検知手段と、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、圧縮行程が開始された後から膨張行程終了までの期間であって筒内圧力が正圧となる期間中の所定の開弁タイミングで吸気弁が開弁するように前記可変動弁機構を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記開弁タイミングは、圧縮上死点であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、圧縮上死点の近傍から吸気下死点の近傍までの期間に及んで吸気弁を連続的に開弁させるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、吸気行程開始後から吸気行程終了前までの期間中の所定の吸気終了タイミングで吸気弁が閉弁するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、圧縮行程開始後から圧縮行程終了前までの期間中の所定の吸気終了タイミングで吸気弁が閉弁するように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１の発明において、前記開弁タイミングは、前記圧縮行程開始後から圧縮行程終了前までの期間中の所定のタイミングであることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第１の発明において、前記開弁タイミングは、膨張行程開始後から膨張行程終了前までの期間中の所定のタイミングであることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、吸気通路にスロットルバルブを備え、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、前記スロットルバルブを全開とするスロットル開度設定手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、吸気通路にスロットルバルブを備え、
前記マイナストルク要求検知手段が前記要求を検知した場合に、前記スロットルバルブにより吸気通路を絞るスロットル開度設定手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、前記制御手段は、排気行程中に吸気弁が閉弁しないように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
第１の発明によれば、内燃機関にマイナストルクが要求された場合に、吸気弁の開弁特性を変更することにより、圧縮仕事によるマイナストルクを発生させることができる。このため、本発明によれば、オイル上がりを抑制しつつ、有効なマイナストルクを発生させることができる。
【００１８】
第２の発明によれば、圧縮仕事量が最大となるタイミングで吸気弁を開弁させることができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事による強大なマイナストルクを発生させることができる。
【００１９】
第３の発明によれば、圧縮仕事量が最大となるタイミングで吸気弁を開弁および閉弁させることができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事による強大なマイナストルクを発生させることができる。また、排気行程中に吸気弁が開弁していることにより、筒内から排出されるガスを吸気通路に排出することができる。このため、本発明によれば、マイナストルクが発生期間中に、排気通路に設けられた触媒に流出するガス量を抑制させることができる。
【００２０】
第４の発明によれば、吸気行程の経過途中で吸気弁を閉弁することにより、筒内に吸入されるガス量を制御することができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事によるマイナストルクを調整することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、圧縮行程の経過途中で吸気弁を閉弁することにより、筒内に吸入されるガス量を制御することができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事によるマイナストルクを調整することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、圧縮行程の経過途中で吸気弁を開弁することにより、圧縮仕事量を増減させることができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事によるマイナストルクを調整することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、膨張行程の経過途中で吸気弁を開弁することにより、圧縮仕事量を増減させることができる。このため、本発明によれば、圧縮仕事によるマイナストルクを調整することができる。
【００２４】
第８の発明によれば、筒内に吸入されるガス量を最大とし、かつ、筒内をより負圧が生じにくい状態とすることができる。このため、本発明によれば、オイル上がりを有効に抑制しつつ、マイナストルクを増大させることができる。
【００２５】
第９の発明によれば、圧縮仕事によるマイナストルクに加え、ポンプ仕事によるマイナストルクを発生させることができる。
【００２６】
第１０の発明によれば、排気行程中に吸気弁を閉弁させないことにより、筒内のガスを吸気通路に流出させることができる。このため、本発明によれば、マイナストルク発生期間中に、排気通路に設けられた触媒に流出するガス量を抑制させることができる。更に、前記第９の発明によって吸気通路が絞られている場合には、吸気通路が負圧環境下となるため、排気通路側に流出するガス量を大きく抑制させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００２８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
図１に示す構成は、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。ピストン１２は、筒内を往復移動することができる。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成され、ピストン１２の下部側にクランク室１６が形成されている。また、燃焼室１４には、吸気通路１８および排気通路２０が連通している。
【００２９】
吸気通路１８には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、アクセル開度とは独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００３０】
排気通路２０には、触媒３２が設けられている。触媒３２は、酸素吸蔵容量を有しており、その範囲内で酸素を吸蔵することができる。この触媒３２は、排気ガス中にHCやCOなどの未燃成分が含まれている場合は、吸蔵している酸素を放出することでそれらの未燃成分を酸化し、また、排気ガス中に酸素やNOxなどが多く含まれている場合は、余剰な酸素を吸蔵し、触媒雰囲気を理論空燃比に保つことができる。
【００３１】
内燃機関１０は、吸気弁３４の開弁特性を変更する可変動弁機構として、電磁力で駆動する吸気電磁駆動弁３６を備えている。吸気電磁駆動弁３６は、非通電時には吸気弁３４を中立位置、すなわち、半開位置に維持し、外部から供給される駆動信号を受けて、吸気弁３４を任意のタイミングで全開位置および全閉位置に移動させることのできる機構である。このため、内燃機関１０は、吸気弁３４を吸気電磁駆動弁３６により駆動することで、吸気弁３４の作用角を大きく可変させることができる。
【００３２】
内燃機関１０は、排気弁３８の開弁特性を変更する可変動弁機構として、可変バルブタイミング（VVT：Variable Valve Timing）機構を有する排気カム機構４０を備えている。このため、内燃機関１０は、電磁駆動弁によって駆動する場合よりは狭い範囲でとなるが、排気弁３８の作用角を所定の範囲（例えばクランク角度で３０°〜６０°程度）で切り替えることができる。
【００３３】
図１に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)５０を備えている。ECU５０には、上述した各種センサと共に、アクセル開度センサ５２が接続されている。上述した燃料噴射弁３０、吸気電磁駆動弁３６、および排気カム機構４０のVVT機構は、ECU５０により制御されている。
【００３４】
次に、図２を参照して、本実施形態のシステムが使用するバルブタイミングについて説明する。
図２は、図１に示す吸気弁３４および排気弁３８を駆動するためのバルブタイミングを示す図である。図２（Ａ）は、通常運転時のバルブタイミングを示し、図２（Ｂ）は、エンジンブレーキ要求時のバルブタイミングを示す。尚、図２において、記号「IN」を付した矢印は、吸気弁３４の開弁期間を示し、記号「EX」を付した矢印は、排気弁３８の開弁期間を示している。
【００３５】
図２（Ａ）に示すバルブタイミングは、本実施形態のシステムが内燃機関１０の通常運転時に使用するバルブタイミングを示している。図２（Ａ）に示すように、吸気弁３４は、排気上死点(TDC)より少し手前で開弁し、吸気行程中開弁状態とされた後、吸気下死点(BDC)を過ぎた後の所定のタイミングで閉弁するように設定されている。排気弁３８は、膨張行程の終了前の時点で開弁し、排気行程中開放状態とされた後、排気上死点(TDC)近傍の所定のタイミングで閉弁するように設定されている。
【００３６】
本実施形態のシステムでは、ユーザからエンジンブレーキを要求された場合には、その要求に応じたエンジンブレーキ力を発生させるべく、図２（Ｂ）に示す減速用バルブタイミングにより吸気弁３４および排気弁３８を駆動することとしている。図２（Ｂ）に示すように、減速用バルブタイミングでは、吸気弁３４は吸気電磁駆動弁３６により、通常のバルブタイミングに対し、大きく作用角が変更されている。すなわち、吸気弁３４は、圧縮上死点(TDC)で開弁し、膨張行程の開始から吸気行程が終了するまでの期間に渡って開弁状態とされた後、吸気下死点(BDC)で閉弁するように設定されている。また、減速用バルブタイミングでは、排気弁３８は、排気カム機構４０のVVT機構により、所定の範囲で作用角が変更されている。すなわち、排気弁３８は、膨張行程が終了し、ピストン１２が下死点に到達したタイミングで開弁し、排気行程中は開弁状態とされた後、排気上死点(TDC)を過ぎた後の所定のタイミングで閉弁するように設定されている。より具体的には、排気弁３８は、排気カム機構４０が有する作用角可変範囲の中で、開閉タイミングが最も遅くなるタイミングで開閉（最遅角化）するように設定されている。
【００３７】
尚、本明細書中では、「吸気行程」とは、排気上死点から吸気下死点までのピストン１２が移動する区間をいう。同様に、「圧縮行程」とは、吸気下死点から圧縮上死点までのピストン１２が移動する区間を、「膨張行程」とは、圧縮上死点から膨張下死点までのピストン１２が移動する区間を、「排気行程」とは、膨張下死点から排気上死点までのピストン１２が移動する区間をいう。
【００３８】
図３は、吸気弁３４および排気弁３８のバルブタイミングを通常のバルブタイミングから減速用バルブタイミングに切り替える機能を実現するためにECU５０が実行するバルブタイミング制御ルーチンのフローチャートである。
【００３９】
図３に示すルーチンでは、先ず、減速時か否かが判定される（ステップ１００）。
より具体的には、本ステップでは、アイドルON（アクセルペダル全閉）条件、かつ、フューエルカット条件が成立したか否かを判定することにより、ユーザがエンジンブレーキ（マイナストルク）を要求しているか否かを判定している。
【００４０】
上記ステップ１００において、減速時であると判定された場合には、燃料噴射がカットされる（ステップ１０２）。
一方、減速時でないと判定された場合には、今回の処理サイクルが速やかに終了される。
【００４１】
次いで、吸気弁３４および排気弁３８のバルブタイミングが通常のバルブタイミングから減速用バルブタイミングに切り替えられる（ステップ１０４）。
以上説明した図３に示すルーチンによれば、エンジンブレーキが要求された場合に、通常のバルブタイミングから減速用バルブタイミングに切り替えることができる。
【００４２】
図４は、本実施形態のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
図４において、＃１〜＃４は、それぞれ内燃機関１０の第１気筒〜第４気筒を表している。また、横軸はクランク角に対応しており、EXの記号またはINの記号と共に表示された波形は、それぞれ排気弁３８および吸気弁３４の開弁期間を示している。更に、ハッチングを付した長方形の領域は、圧縮仕事が行われる期間を表している。
【００４３】
既述した通り、本実施形態のシステムでは、エンジンブレーキが要求された場合に、通常のバルブタイミングから減速用のバルブタイミングに切り替えることとしている。図４のタイミングチャートは、＃１気筒が膨張行程にあるときに、エンジンブレーキが要求された場合を例示している。すなわち、このタイミングチャートによる例では、エンジンブレーキが要求された後、＃３気筒から順に減速用バルブタイミングに切り替えられた例を示している。
【００４４】
＃３気筒を例に説明すると、バルブタイミングが減速用バルブタイミングに切り替えられた場合には、上記の如く、吸気弁３４は、膨張行程開始から吸気行程終了までの期間に渡って開弁される。そして、吸気下死点において吸気弁３４が閉弁されると、＃３気筒では、吸気行程において吸入したガスを圧縮する圧縮仕事が行われる。以後、＃４、＃２、＃１の各気筒に関しても、エンジンブレーキが要求されている間は、バルブタイミングが減速用バルブタイミングに切り替えられて、＃３気筒と同様にして圧縮仕事が行われる。本実施形態のシステムでは、減速用バルブタイミング使用時に得られる上記圧縮仕事によるマイナストルクを、エンジンブレーキ力として用いることとしている。
【００４５】
次に、図５および図６に示すP-V線図を参照して、本実施形態のシステムの動作について具体的に説明する。
図５は、一般的な内燃機関において、エンジンブレーキ力を発生させた場合の筒内圧力Pと筒内容積Vとの関係を示すP-V線図である。図６は、図１に示す内燃機関１０が減速用バルブタイミングに切り替えられた場合の筒内圧力Pと筒内容積Vとの関係を示すP-V線図である。
【００４６】
一般的な内燃機関においては、エンジンブレーキが要求された場合に、特別にバルブタイミングの変更は行われておらず、このような場合には、例えば、図２（Ａ）に示すような通常のバルブタイミングが用いられる。一般的な内燃機関では、吸気行程において、スロットルバルブが全閉とされた状態でピストンが下降することとなる。その結果、図５に示すように、吸気行程では、筒内圧力Pが負圧となる状況下で吸気仕事が行われることとなる。つまり、一般的な内燃機関では、図５中にハッチングを付して示す面積の仕事、つまり、筒内圧力Pが負圧となった状態で行う吸気仕事（ポンプ仕事）によるマイナストルクをエンジンブレーキ力として利用している。
【００４７】
しかしながら、筒内圧力（燃焼室内圧力）を負圧化させると、クランク室１６から燃焼室１４側にオイルが流れるオイル上がりが生じ易くなる。これに対して、本実施形態のシステムでは、エンジンブレーキが要求された場合に、圧縮仕事を行わせることによりマイナストルクを増大させることとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、エンジンブレーキ要求時に、筒内に生ずる負圧に頼ることなく、すなわち、オイル上がりを発生させることなく、エンジンブレーキ力を増大させることができる。
【００４８】
図６を参照して、本実施形態の減速用バルブタイミング使用時における内燃機関１０の１サイクル中の動作、すなわち、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程における動作について、吸気下死点（圧縮開始点）を基点に説明する。本実施形態のシステムでは、ECU５０は、減速用バルブタイミングによる吸気弁３４および排気弁３８の駆動時に、スロットルバルブ２２を全開状態に設定している。すなわち、吸気通路１８で吸入ガス量を絞らないような設定としている。このような設定によれば、吸気行程で筒内に吸入されるガスの量を最大とすることができる。
【００４９】
吸気下死点では、吸気弁３４および排気弁３８は、共に閉弁されており、また、筒内には、直前の吸気行程で吸入されたガスが充填されている。この状態で、圧縮行程が開始されると、ピストン１２が下死点から上死点まで移動する。この際、筒内圧力Pは、図６中に「a」を付して示すような曲線を描いて上昇する。
【００５０】
次に、圧縮上死点において、吸気弁３４が開弁されると、圧縮された筒内のガスが一気に吸気通路１８に流出する。この際、筒内圧力Pは、図６中に「b」を付した直線で示すように、大気圧まで一気に降下する。その後、吸気弁３４が開き続けた状態で膨張行程が行われ、ピストン１２が上死点から下死点まで移動する。この行程では、吸気弁３４開弁時に吸気通路１８に流出したガスが筒内に再吸入される。すなわち、膨張行程においては、吸気通路１８に流出したガスを再吸入する吸気仕事が行われている。従って、膨張行程中の筒内圧力Pは、図６中に「c」を付した曲線で示すように、大気圧よりわずかではあるが低い圧力となる。
【００５１】
ピストン１２が下死点に到達して膨張行程が終了すると、吸気弁３４を開いたままの状態で、排気カム機構４０により駆動される排気弁３８が開弁される。その結果、吸気通路１８から排気通路２０までが連通状態となる。次いで、吸気弁３４および排気弁３８が共に開弁状態とされたまま、排気行程が行われる。排気行程では、筒内ガスは、ピストン１２の上昇に伴い、大気圧となっている吸気通路１８および排気通路２０に押し出される。この際、筒内圧力Pは、図６中に「d」を付した曲線で示すように、ほぼ大気圧のままで下死点から上死点まで推移する。
【００５２】
既述した通り、本実施形態では、排気行程中においても、吸気弁３４を排気弁３８と共に開弁することとしている。このような構成によれば、排気工程中に筒内から排出されるガスの一部を吸気通路１８に流出させることができる。このため、エンジンブレーキ作動期間中に排気通路２０に排出されるガス（新気）の量を低減させることができる。排気通路２０に酸素を多く含んだ新気が流出されると、触媒３２の雰囲気の環境がリーン雰囲気状態となる。触媒３２がリーン雰囲気状態となると、触媒の３２の酸素吸蔵容量を超える量の酸素が排気通路２０を流通することとなる。その結果、触媒３２の酸素吸蔵容量が許容量を上回ると、内燃機関１０の通常の負荷領域では、フューエルカットから復帰した後の加速時にNOxの排出量が増加することとなり、高負荷域では、触媒３２の劣化を促進させることとなる。本実施形態のシステムによれば、排気通路２０の触媒３２に流出される新気の量を低減させることができるため、フューエルカットから復帰した後の加速時にNOx排出の抑制、および触媒３２の保護を実現することができる。
【００５３】
図６において、ピストン１２が排気上死点に到達すると、排気行程が終了する。既述した通り、本実施形態の内燃機関１０は、排気弁３８にVVT機構を有する排気カム機構４０を備えている。排気弁３８は、排気行程が終了した排気上死点において閉じることとしてもよいが、本実施形態の減速用バルブタイミングでは、上記設定の如く、排気弁３８の閉弁タイミングを最遅角化させている。その結果、排気弁３８は、吸気行程が開始後の所定のタイミングで閉弁されることとなる。このため、排気行程において一度排気通路２０に排出したガスを、吸気行程において再び筒内に再吸入させることが可能となり、エンジンブレーキ作動期間中に排気通路２０の触媒３２に排出される新気の量を低減させることができる。
【００５４】
吸気行程においては、上記の如く、排気弁３８が上死点から所定の角度だけ開弁された後に閉弁され、かつ、吸気弁３４が吸気下死点において閉じられるように設定されている。この際、筒内圧力Pは、膨張行程の場合と同様に大気圧付近の値となる。ピストン１２が吸気下死点に到達すると、吸気行程が終了し、４つの行程からなる内燃機関１０の１サイクルが終了する。
【００５５】
以上説明した図６に示すP-V線図によれば、内燃機関１０が行う圧縮仕事量は、図６中にハッチングを付して示す面積（a、b、dを３辺とする三角形の面積）により表すことができる。このように、本実施形態のシステムによれば、エンジンブレーキが要求された場合に、減速用バルブタイミングに切り替えることにより、上記圧縮仕事によるマイナストルクを発生させることが可能となり、そのマイナストルクをエンジンブレーキ力として利用することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、オイル上がりや触媒３２の劣化等の不具合を効果的に抑制しつつ、所望のエンジンブレーキ力を得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態のシステムによれば、エンジンブレーキが要求された場合に、吸気弁３４を、圧縮上死点で開弁させることにより、図６中の圧縮仕事量を示す三角形の面積を最大とすることができる。更に、本実施形態では、エンジンブレーキ要求時に、スロットルバルブ２２を全開状態に設定しているため、筒内に吸入されるガス量が最大となり、この点においても圧縮仕事量を最大とすることができる。
【００５７】
また、既述した通り、本実施形態の内燃機関１０は、排気弁３８が排気カム機構４０により所定のタイミングで駆動される機関である。すなわち、内燃機関１０は、一般的な４行程（吸気、圧縮、膨張、排気）を１サイクルとする順序に従って駆動される機関である。従って、本実施形態のシステムによれば、吸気弁３４のみに作用角を大きく可変させられる可変動弁機構を備え、吸気弁３４の開弁特性を変更することにより、内燃機関のサイクルの順序を変更することなく、圧縮仕事量を最大とすることができる。
【００５８】
ところで、上述した実施の形態１においては、圧縮仕事量を最大とすべく、吸気下死点で吸気弁３４を閉弁し、圧縮上死点で吸気弁３４を開弁することとしているが、圧縮仕事によるマイナストルクを得るために設定する吸気弁３４の開閉タイミングはこれに限定されるものではない。すなわち、本発明によれば、以下に示す手法で、吸気弁３４の開閉タイミングを制御することにより、圧縮仕事を適宜減少させることにより、エンジンブレーキ力の調整（マイナストルクの調整）が可能である。また、マイナストルクの要求値に応じて、吸気弁３４の開閉タイミングを制御することとしてもよい。
【００５９】
先ず、吸気弁３４の開弁タイミングを制御する手法について説明する。
図７は、吸気弁３４の開弁タイミングを早めた場合の圧縮仕事量を説明するための図である。尚、図７において、面積が大きい方の三角形は圧縮上死点で吸気弁３４を開弁した場合の圧縮仕事量を示し、ハッチングを付した三角形は吸気弁３４の開弁タイミングを所定タイミングだけ早めた場合の圧縮仕事量を示している。
【００６０】
図７に示す手法は、吸気弁３４の開弁タイミングを圧縮上死点よりも早めることにより実現されるものである。すなわち、吸気弁３４を記号「IN．O」を付したタイミングで開弁することとしている。その結果、吸気行程で吸い込んだガスは、圧縮途中で吸気通路１８に開放されることとなる。この場合の圧縮仕事量は、図７中にハッチングを付した面積となり、圧縮上死点で吸気弁３４を開弁した場合に比して減少する。このように、図７に示す手法によれば、圧縮行程中に吸気弁３４を開弁するタイミングを制御することにより、エンジンブレーキ力を調整することが可能となる。
【００６１】
また、上記図７は、吸気弁３４の開弁タイミングを圧縮下死点より早める変形例を示したものであるが、同様の効果は、開弁タイミングを圧縮上死点より遅らせることでも得ることができる。つまり、吸気弁３４の開弁タイミングは、膨張行程の開始後からその終了前のタイミングに設定してもよい。
【００６２】
次に、吸気弁３４の閉弁タイミングを制御する手法について説明する。
図８は、吸気弁３４の閉弁タイミングを遅らせた場合の圧縮仕事量を説明するための図である。尚、図８においては、ハッチングを付した面積は吸気弁３４の閉弁タイミングを所定タイミングだけ遅らせた場合の圧縮仕事量を示している。
【００６３】
図８に示す手法は、吸気弁３４の閉弁タイミングを吸気下死点より後に遅らせることにより実現されるものである。すなわち、吸気弁３４を記号「IN．C」を付したタイミングで閉弁することとしている。その結果、吸気行程で吸い込んだガスの一部が再度吸気通路１８に戻された後に、吸気弁３４が閉弁し、圧縮が開始される。圧縮仕事の大きさは、直前の吸気行程において吸入したガス量に応じて決定される。従って、この場合の圧縮仕事量は、図８中にハッチングを付した面積となり、吸気下死点で吸気弁３４を閉弁した場合に比して減少する。このように、図８に示す手法によれば、圧縮行程中に吸気弁３４を閉弁するタイミングを制御することにより、エンジンブレーキ力を調整することが可能となる。
【００６４】
また、上記図８は、吸気弁３４の閉弁タイミングを吸気下死点より遅らせる変形例を示したものであるが、同様の効果は、閉弁タイミングを吸気下死点より早めることでも得ることができる。つまり、吸気弁３４の閉弁タイミングは、吸気行程の開始後からその終了前のタイミングに設定してもよい。
【００６５】
また、上述した実施の形態１においては、圧縮上死点で吸気弁３４を開弁した後の膨張行程中は、継続して吸気弁３４の開弁状態を維持する設定としているが、本発明はこのような設定に限らない。すなわち、圧縮上死点で吸気弁３４を開弁した後は、筒内圧力Pが大気圧程度にまで低下した後に吸気弁３４を閉弁し、その閉弁状態を維持する設定としてもよい。このような設定とすれば、膨張行程中にポンプ仕事が行われ、排気行程の開始と共に排気弁３８が開弁することにより、そのポンプ仕事が確定される。このため、上記設定によれば、圧縮仕事に加え、ポンプ仕事によるマイナストルクを得ることができる。更には、このような設定を、既述した吸気弁３４の開閉タイミングの制御の変形例と組み合わせることとしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施の形態１においては、エンジンブレーキが要求された場合に、減速用バルブタイミングに切り替えることとしているが、本発明はこのような要求が出された場合に限られるものではない。すなわち、内燃機関がオートマティックトランスミッション（AT）と組み合わされた場合には、ATのシフトアップ時に減速用バルブタイミングに切り替えることとしてもよい。ATのシフトアップ時には、内燃機関の機関回転数を急激に低下させたいという要求（例えば、4000rpmから2000rpmまで）が出されることがある。本実施形態のシステムによれば、上記要求が出された場合に、減速用バルブタイミングに切り替えることにより、圧縮仕事によるマイナストルクを発生させ、急激に機関回転数を下げることができる。
【００６７】
また、上述した実施の形態１においては、吸気弁３４を駆動する機構を電磁駆動弁３６としたが、エンジンブレーキが要求された場合に、減速用バルブタイミングに切り替えるための機構はこれに限られるものではない。すなわち、吸気弁３４の作用角を大きく可変させられる可変動弁機構であればよく、例えば、油圧により駆動される機械式の駆動機構により吸気弁３４を駆動させることとしてもよい。
【００６８】
また、上述した実施の形態１においては、排気弁３８の排気カム機構４０をVVT機構を有し、所定の範囲で作用角を可変にできる構成としたが、排気弁３８の駆動機構はこれに限られるものではない。すなわち、排気弁３８は、例えば、作用角が固定とされるカム機構により駆動されるものであってもよい。排気弁３８は、また、作用角を大きく可変させられる可変動弁機構、例えば、電磁駆動弁や油圧駆動による機械式の駆動機構により駆動されるように構成してもよい。更に、排気弁３８を、例えば、電磁駆動弁により駆動し、排気行程において、排気弁を開弁させないような構成としてもよい。このような構成によれば、排気行程中に筒内から排出されるガスをすべて吸気通路に戻し、排気通路２０の触媒３２に新気を送らないようにすることができる。
【００６９】
また、上述した実施の形態１においては、減速用バルブタイミング使用時に、スロットルバルブ２２を全開状態に設定することとしているが、このような構成に限らない。すなわち、本実施形態のシステムは、スロットルバルブを備えない、いわゆる、スロットルレスタイプのエンジンに適用してもよい。
【００７０】
尚、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「マイナストルク要求検知手段」が、上記ステップ１０４で選択された減速用バルブタイミングに従って吸気電磁躯動弁３６を駆動することにより前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、スロットルバルブ２２を全開状態に設定していることにより前記第８の発明における「スロットル開度設定手段」が実現されている。
【００７１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、実施の形態１の装置構成により実現されるものである。
【００７２】
上述した実施の形態１では、エンジンブレーキ要求時に減速用バルブタイミングに切り替えられている間は、筒内に吸入するガス量を最大とすべく、スロットルバルブ２２を全開状態としている。これに対して、本実施形態のシステムは、減速用バルブタイミング使用時にスロットルバルブ２２を全開より多少絞る設定としている点に特徴を有している。このような構成によれば、排気行程中の吸気通路１８内を負圧状況下とすることができる。このため、実施の形態１のシステムに比して、排気行程中に吸気通路１８側に筒内ガスが流出し易くすることができ、排気通路２０の触媒３２に流出される新気の量をより一層低減させることができる。
【００７３】
上記のような制御を行うのに好適な状況としては、触媒３２の温度が、触媒が活性化して機能する所定の浄化温度範囲の下限値付近の値である時や、その浄化温度範囲の上限値付近の値である時が挙げられる。つまり、触媒３２の温度が浄化温度範囲の下限値付近である場合には、低温の新気が触媒３２に流入すると、触媒３２の温度が浄化温度範囲から外れてしまう可能性がある。一方、触媒３２の温度が浄化温度範囲の上限値付近である場合には、酸素を多量に含有した新気が触媒３２に流入すると、触媒３２が高温、かつ酸素過剰状態に曝されることにより劣化する可能性がある。このような場合には、本実施形態２の制御を適用することにより、触媒３２へ流入する新気の量を一層低減させるようにしてもよい。
【００７４】
次に、本実施形態のシステムの動作について具体的に説明する。
図９は、本実施形態の動作を説明するためのP-V線図である。尚、図９中の符号「a」、「b」、「c」、および「d」は、図６と同様の行程を指示しているため、その詳細な説明は省略する。
【００７５】
本実施形態のシステムでは、エンジンブレーキ要求時に減速用バルブタイミングに切り替えられた場合に、ECU５０は、スロットルバルブ２２の開度を全開より多少小さな開度となるように設定している。その結果、吸気行程では、筒内が負圧となる状況下で吸気仕事が行われる。この際、図９に示すように、吸気行程中の筒内圧力Pは、スロットルバルブ２２を全開とした場合の圧力に比して低い値を示す。このようにして吸気行程が行われると、吸気行程終了時に筒内に吸入されるガス量は、スロットルバルブ２２を全開とした場合に比して少量となる。従って、圧縮行程終了時（圧縮上死点）の筒内圧力Pは、スロットルバルブ２２を全開とした場合に比して低い値となる。その後、圧縮が行われ、圧縮上死点において吸気弁３４が開弁されると、筒内のガスは、負圧状況下にある吸気通路１８に流出する。
【００７６】
既述した通り、本実施形態の減速用バルブタイミングによれば、膨張行程中は、吸気弁３４のみが開弁状態とされている。その結果、膨張行程では、圧縮上死点で吸気弁３４が開弁されることにより吸気通路１８に吹き返したガスを、筒内に再吸入する吸気仕事が行われる。この際、筒内圧力Pは、吸気行程の場合と同様に、記号「c」を付して示す曲線に沿って移行する。
【００７７】
排気行程では、吸気弁３４に加え、排気弁３８が開弁されているため、筒内のガスが吸気通路１８および排気通路２０に排出される。本実施形態のシステムでは、スロットルバルブ２２により吸気通路１８が絞られていることにより、吸気通路１８内は負圧環境下にある。その結果、排気行程において筒内から排出されるガス量は、排気通路２０側に排出されるガス量より吸気通路１８側に排出されるガス量の方が多量となる。
【００７８】
以上説明した図９のP-V線図では、図９中のa、b、cを３辺とする三角形の面積が圧縮行程と膨張行程により完結される圧縮仕事およびポンプ仕事（吸気仕事）を組み合わせた仕事に相当し、図９中にハッチングを付した面積が排気行程と吸気行程により完結されるポンプ仕事（吸気仕事）に相当している。本実施形態のシステムによれば、圧縮仕事量としては、スロットルバルブ２２を全開とする実施の形態１のシステムより小さくなるが、圧縮仕事とポンプ仕事とを合わせたマイナストルクを発生させることができる。
【００７９】
以上説明した通り、本実施形態のシステムによれば、スロットルバルブ２２を全開とした場合に比して、筒内に吸入されるガス量が少量となるという点と、排気行程中は排気通路２０側に比べ吸気通路１８側にガスが流出し易い状況下にあるという点とにより、実施の形態１のシステムに対し、排気通路２０の触媒３２に流出される新気の量をより一層低減させることができる。
【００８０】
ところで、上述した実施の形態２においては、吸気弁３４の開閉タイミングを制御することにより、圧縮仕事によるマイナストルクの増減が可能である点は、実施の形態１と同様である。
【００８１】
また、上述した実施の形態２においては、減速用バルブタイミングに切り替えられている間には、スロットルバルブ２２を全開より多少絞る設定としているが、本発明の減速用バルブタイミングを利用して有効なマイナストルクを発生させる手法はこれに限定されるものではない。すなわち、減速用バルブタイミング使用時において、スロットルバルブ２２を全開とした場合には、吸気行程中に吸入するガス量が最大となるため、圧縮仕事を最大とすることができ、更に、オイル上がりの増大を抑制することができる。また、スロットルバルブ２２を全閉より小さな開度とした場合には、スロットルバルブ２２全開時に比して、排気行程において排気通路２０の触媒３２に流出する新気の割合をより少なくすることができる。このため、減速用バルブタイミングに設定されている期間中のスロットル開度TAは、上記の要件を考慮したうえで、適合等により決定することとしてもよい。
【００８２】
尚、上述した実施の形態２においては、ECU５０が、スロットルバルブ２２を全開より多少絞るように設定していることにより前記第９の発明における「スロットル開度設定手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す吸気弁および排気弁を駆動するためのバルブタイミングを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるバルブタイミング制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１のシステムの動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】一般的な内燃機関において、エンジンブレーキ力を発生させた場合の筒内圧力Pと筒内容積Vとの関係を示すP-V線図である。
【図６】図１に示す内燃機関が減速用バルブタイミングに切り替えられた場合の筒内圧力Pと筒内容積Vとの関係を示すP-V線図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、吸気弁の開弁タイミングを早めた場合の圧縮仕事量を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態１において、吸気弁の閉弁タイミングを遅らせた場合の圧縮仕事量を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２の動作を説明するためのP-V線図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  内燃機関
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
３２  触媒
３４  吸気弁
３６  吸気電磁躯動弁
３８  排気弁
４０  排気カム機構
５０  ECU(Electronic Control Unit)
【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】
2005163719.tif 000009
【図８】
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【図９】
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