(57)【要約】      （修正有）【課題】内部ＥＧＲによる気筒内燃焼室の昇温効果を一層高める。【解決手段】可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを制御して内部ＥＧＲを実施するにあたり、低中負荷域では排気弁を排気上死点以降に閉じ、その後所要のクランク角度が経過してから吸気弁を開くこととした。吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバラップ期間を設けないため、気筒内の排気ガスが一部吸気通路側に流出して冷却され気筒に再充填されることを阻止でき、気筒内燃焼室の温度降下が有効に回避される。【選択図】図２
2013036377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを制御する制御装置であって、
内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁を閉じた後に吸気弁を開く制御を行うことを特徴とする制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が備えている可変バルブタイミング機構を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関について、吸気弁及び／または排気弁のバルブタイミングを可変制御できる可変バルブタイミング機構を備えたものが知られている（例えば、下記特許文献を参照）。
【０００３】
可変バルブタイミング機構の用途の一つとして、内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。内部ＥＧＲでは、排気弁の閉弁タイミングを遅らせることで、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバラップ期間を長くし、気筒から排出された排気ガスを吸気行程の初期に気筒内に逆流させる。この内部ＥＧＲにより、気筒内燃焼室の温度を上昇させて燃料の気化を促進し、特に低中負荷域での燃焼を安定させることができる。
【０００４】
しかしながら、バルブオーバラップ期間には、気筒内の排気ガスが一部吸気ポートから吸気通路側に流出してしまう。流出した排気ガスは、吸気通路で冷却されてから再び気筒に充填される。それ故、気筒内燃焼室の昇温効果が低減するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−１８７３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、内部ＥＧＲによる気筒内燃焼室の昇温効果を一層高めることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを制御する制御装置であって、内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁を閉じた後に吸気弁を開く制御を行うことを特徴とする制御装置を構成した。
【０００８】
即ち、内部ＥＧＲを実施するにあたり、吸気弁と排気弁とがともに開いているバルブオーバラップ期間を敢えて設けず、気筒内の排気ガスが吸気通路側に流出するのを阻止するようにしたのである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内部ＥＧＲによる気筒内燃焼室の昇温効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の制御装置が実行するバルブタイミング制御の内容を説明するタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。この内燃機関は、筒内直接噴射式のものであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けて外部ＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ装置２とを具備している。
【００１２】
吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気マニホルド３５を、上流からこの順序に配置している。
【００１３】
排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号ｌを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。
【００１４】
排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１５】
外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものである。外部ＥＧＲ通路の入口は、排気通路４におけるタービン５２の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路の出口は、吸気通路３におけるスロットル弁３３の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３４に接続している。外部ＥＧＲ通路上にも、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。
【００１６】
本実施形態における内燃機関には、吸気弁１２及び排気弁１３のそれぞれの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構を実装している。可変バルブタイミング機構の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。例えば、吸気弁１２及び排気弁１３をそれぞれ電磁弁としたものや、クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により進角／遅角させるもの、吸気弁１２を開弁駆動する吸気カム及び排気弁１３を開弁駆動する排気カムをそれぞれ複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるもの等、既知の種々の機構の中から選択して採用することが許される。
【００１７】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００１８】
入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度ひいてはエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるエンジン回転信号ｂ、アクセルペダルの踏込量（または、スロットル弁３３の開度）を検出するアクセル開度センサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３４）内の吸気温を検出する温度センサから出力される吸気温信号ｄ、吸気通路３内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力される排気カム信号ｇ等が入力される。エンジン回転センサは、例えば１０°ＣＡ（クランク角度）毎にパルス信号ｂを発する。カム角センサは、７２０°ＣＡを気筒数で割った角度、三気筒エンジンであれば２４０°ＣＡ毎にパルス信号ｇを発する。アクセルペダルの踏込量（または、スロットル弁３３の開度）ｃは、運転者が指令する要求負荷、換言すればエンジン出力と捉えることができる。但し、吸気圧ｅまたは吸気圧ｅを基に演算される気筒１への吸気の充填量を、要求負荷に見立ててもよい。
【００１９】
出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｉ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｊ、スロットル弁３３に対して開度操作信号ｋ、ウェイストゲート弁４４に対して開度操作信号ｌ、可変バルブタイミング機構に対して制御信号ｍ、ｎ等を出力する。制御信号ｍ、ｎは、吸気弁１２の開閉タイミング及び排気弁１３の開閉タイミングをそれぞれ制御するための信号である。例えば、吸気弁１２及び排気弁１３をそれぞれ電磁弁とした機構であれば、吸気弁１２を開弁するタイミングでソレノイドに入力する信号ｍ、排気弁１３を開弁するタイミングでソレノイドに入力する信号ｎとなる。クランクシャフトに対する吸気カムシャフト及び排気カムシャフトのそれぞれの回転位相を液圧により操作する機構であれば、吸気カムシャフトに付設された液圧ベーンに与える作動液の流れ方向及び流量を制御するＯＣＶ（Ｏｉｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ）に入力するＤＵＴＹ信号ｍ、排気カムシャフトに付設された液圧ベーンに与える作動液の流れ方向及び流量を制御するＯＣＶに入力するＤＵＴＹ信号ｎとなる。吸気カム及び排気カムをそれぞれ使い分けるものであれば、吸気カムプロファイルを切り替える作動液の流れ方向を制御する切替バルブに入力する信号ｍ、排気カムプロファイルを切り替える作動液の流れ方向を制御する切替バルブに入力する信号ｎとなる。ロッカーアームのレバー比を電動モータで変化させるものであれば、吸気側のロッカーアームを駆動する電動モータの回転量及び回転方向を規定する信号ｍ、排気側のロッカーアームを駆動する電動モータの回転量及び回転方向を規定する信号ｎとなる。
【００２０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気弁１２の要求バルブタイミング等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００２１】
制御装置たるＥＣＵ０は、内燃機関に対する要求負荷（または、エンジン出力）が所定以下である、低負荷ないし中負荷の運転領域にあるときに、以下に述べるバルブタイミング制御を実行する。
【００２２】
即ち、図２に示しているように、排気行程において開弁した排気弁１３（そのバルブリフト量を図中破線で示す）を、排気上死点以降、所要のクランク角度ｔを経過した後に閉弁する。それとともに、吸気行程において開弁するべき吸気弁１２（そのバルブリフト量を図中実線で示す）を、排気弁１３が閉じた後に開弁する。この制御は、内部ＥＧＲにより気筒１内の燃焼室の温度を高める目的で行われるのであるが、従来より周知の内部ＥＧＲ制御とは異なり、吸気弁１２と排気弁１３との双方が開弁しているバルブオーバラップ期間を設けない。
【００２３】
排気上死点から排気弁１３を閉弁するまでの間のクランク角度ｔ、つまりは排気上死点から排気弁１３の閉弁までの遅角量ｔは、必要となる内部ＥＧＲガス量を確保できるように設定する。そのために、排気上死点から排気弁１３の閉弁までの遅角量ｔは、要求負荷が低いほど小さく、要求負荷が高いほど大きくする。これは、低負荷運転の方が要求ＥＧＲ量が少ないことによる。また、排気上死点から排気弁１３の閉弁までの遅角量ｔは、最大で例えば９０°ＣＡとする。
【００２４】
本実施形態では、吸気弁１２及び排気弁１３の開閉タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関における、吸気弁１２及び排気弁１３の開閉タイミングを制御するものであって、内燃機関に対する要求負荷が所定以下の運転領域にて、排気弁１３を排気上死点以降に閉じ、かつ排気弁１３を閉じた後に吸気弁１２を開く制御を行うことを特徴とする制御装置０を構成した。
【００２５】
本実施形態によれば、吸気弁１２と排気弁１３とがともに開いているバルブオーバラップ期間を設けないことから、気筒１内の排気ガスが一部吸気通路側に流出して冷却され気筒１に再充填されることを阻止でき、気筒１内の燃焼室の温度降下を有効に回避することができる。従って、特に低中負荷の運転領域にて、気筒１内の燃焼室での燃料の気化が促進され、燃焼が安定化する。燃焼の安定化によりＥＧＲ耐力が高まり、より多量のＥＧＲガスを還流させても失火するおそれが小さくなる。外部ＥＧＲを含むＥＧＲ量の限界を引き上げることができるため、燃費の向上にも資する。
【００２６】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、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。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１２…吸気弁
１３…排気弁
【図１】
2013036377.tif 000003
【図２】
2013036377.tif 000004