(57)【要約】【課題】平地に対して大気圧が下がる高地においても、狙いのトルクを的確に発生させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置３０のオーバーラップ量目標値算出部であるＣＰＵ３１が算出する吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量目標値は、前記高大気圧時より前記低大気圧時にオーバーラップ量が多くなるように算出される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１）の吸気バルブ（１１）及び／又は排気バルブ（１２）のバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ調整機構を備えた内燃機関の制御装置（３０）であって、
前記吸気バルブの開期間と前記排気バルブの開期間とが重なるオーバーラップ量目標値を算出するオーバーラップ量目標値算出部（３１）を備え、
大気圧検出部（４０）が検出する大気圧は、高大気圧と前記高大気圧よりも低い気圧の低大気圧とを含むと共に、
前記オーバーラップ量目標値算出部は、前記大気圧検出部によって検出された大気圧を示す大気圧情報に基づき、前記高大気圧時より前記低大気圧時にオーバーラップ量が多くなるように前記オーバーラップ量目標値を算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記オーバーラップ量目標値算出部は、前記大気圧情報が示す大気圧と予め定められた基準大気圧との気圧差に基づいて、前記基準大気圧時のオーバーラップ量目標値に対する補正量を決定することで、前記大気圧情報検出時のオーバーラップ量目標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記可変バルブ調整機構は、前記オーバーラップ量目標値に基づいて、前記吸気バルブの進角量及び／又は前記排気バルブの遅角量を調整する変位角調整部（２３，２４）を備え、
前記変位角調整部は、前記オーバーラップ量目標値に対応させて、前記吸気バルブの進角量及び／又は前記排気バルブの遅角量を増やすことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状況に対応させて、前記吸気バルブの開期間と前記排気バルブの開期間とが重なる限界値である最大オーバーラップ量が定められており、
前記オーバーラップ量目標値算出部は、前記低大気圧に対応する最大オーバーラップ量を前記オーバーラップ量目標値が超えないように制限す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、内燃機関の吸気バルブ及び／又は排気バルブのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ調整機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
可変バルブ調整機構を備えた内燃機関（エンジン）の制御方法として、下記特許文献１に記載の制御方法が知られている。下記特許文献１に記載の制御方法では、内部ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）量を応答性よく高精度に推定し、各種エンジン制御を良好に行えるようにすることを目的にしている。下記特許文献１では、排気バルブの閉時期と、吸気バルブの開時期と、エンジン回転速度とに基づいて、内部ＥＧＲ量を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２１１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スロットルバルブを備えるエンジンの場合であって、大気圧変動がある場合、同一のトルクを得ようとすれば、スロットルバルブの開度を調整して一定量の空気が通過するように制御する。しかしながら、排気側には大気圧変動に応じて排気量を調整する機構が設けられていないため、海抜数ｍから数十ｍといったいわゆる平地に比較して、海抜数百ｍから数千ｍといったいわゆる高地では、大気圧の低下に伴う排気の抜けが顕著に良くなる傾向にある。このように吸気側の条件が平地と高地とで変化しないのに対し、排気の抜けのみが平地に対して高地が良くなると、内部ＥＧＲ率が下がることになり、燃焼速度が増大する。従って、同一点火時期では平地より高地が相対的に進角側の点火となり、発生するトルクが狙いの値よりも過大になる。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、平地に対して大気圧が下がる高地においても、狙いのトルクを的確に発生させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、内燃機関（１）の吸気バルブ（１１）及び／又は排気バルブ（１２）のバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ調整機構を備えた内燃機関の制御装置（３０）であって、前記吸気バルブの開期間と前記排気バルブの開期間とが重なるオーバーラップ量目標値を算出するオーバーラップ量目標値算出部（３１）を備え、大気圧検出部（４０）が検出する大気圧は、高大気圧と前記高大気圧よりも低い気圧の低大気圧とを含む。前記オーバーラップ量目標値算出部は、前記大気圧検出部によって検出された大気圧を示す大気圧情報に基づき、前記高大気圧時よりも前記低大気圧時にオーバーラップ量が多くなるように前記オーバーラップ量目標値を算出する。
【０００７】
本発明では、高大気圧に対応するオーバーラップ量目標値よりも低大気圧に対応するオーバーラップ量目標値が大きくなるように吸気バルブと排気バルブとのオーバーラップ量目標値を算出するので、標準的な設定条件よりも気圧が低い場合の内部ＥＧＲ率を高めることができる。従って、気圧が低い場合の排気の抜けの良さに起因する内部ＥＧＲ率の低下を抑制することができ、狙いのトルクを的確に発生させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、平地に対して大気圧が下がる高地においても、狙いのトルクを的確に発生させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる制御装置であるＥＣＵの構成及び制御対象である内燃機関の構成を示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１のＥＣＵがオーバーラップ量補正を実行する際の手順を示したフローチャートである。
【図３】図３は、図２に示す手順でオーバーラップ量補正を行った場合の内部ＥＧＲ率変化を示す図である。
【図４】図４は、大気圧と補正後オーバーラップ量との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、大気圧と補正後オーバーラップ量との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、オーバーラップ量補正を行った場合のバルブリフト量の変化を示す図である。
【図７】図７は、オーバーラップ量補正を行った場合の点火時期と発生トルクとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る制御装置であるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０及びその制御対象であるエンジン１（内燃機関）について、図１を参照しながら説明する。図１に示されるように、エンジン１は火花点火式の４サイクル多気筒内燃機関であって、その吸気ポートと排気ポートにはそれぞれ吸気管２と排気管３とが接続されている。
【００１２】
吸気管２には、図示しないアクセルペダルに連動するスロットル弁４が設けられると共に、吸入空気の量を検出するためのエアフローメータ５が配設されている。スロットル弁４の開度はスロットルセンサ２０により検出される。スロットルセンサ２０によって、スロットル全閉の状態も併せて検出される。
【００１３】
エンジン１の気筒を構成するシリンダ６内には図の上下方向に往復動するピストン７が配設されている。ピストン７はコンロッド８を介して図示しないクランク軸に連結されている。
【００１４】
ピストン７の上方にはシリンダ６及びシリンダヘッド９にて区画された燃焼室１０が形成されている。燃焼室１０は吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を介して吸気管２及び排気管３に連通している。シリンダ６には、エンジン冷却水の温度を検出するための水温センサ１７が配設されている。
【００１５】
排気管３には２つの触媒コンバータ１３，１４が配設されている。触媒コンバータ１３，１４は、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった三成分を浄化するための三元触媒からなる。
【００１６】
触媒コンバータ１４の上流側には、Ａ／Ｆセンサ１５が設けられている。Ａ／Ｆセンサ１５は排ガス中の酸素濃度又は未燃ガス中の一酸化炭素の濃度に比例して広域で且つリニアな空燃比信号を出力する。また、触媒コンバータ１４の下流側には、理論空燃比（ストイキ）を境にしてリッチ側とリーン側とで異なる電圧信号を出力するＯ2センサ１６が設けられている。
【００１７】
電磁駆動式のインジェクタ１８には図示しない燃料供給系から高圧燃料が供給され、インジェクタ１８は通電に伴いエンジン吸気ポートに燃料を噴射供給する。本実施形態では、吸気マニホールドの各分岐管に１つずつインジェクタ１８を有するマルチポイントインジェクションシステムが構成されている。シリンダヘッド９に配設された点火プラグ１９は、図示しないイグナイタから供給される点火用高電圧により発火する。
【００１８】
この場合、吸気管上流から供給される新気とインジェクタ１８による噴射燃料とがエンジン吸気ポートにて混合され、その混合気が吸気バルブ１１の開弁動作に伴い燃焼室１０内に流入する。燃焼室１０内に流入した燃料は、点火プラグ１９による点火火花にて着火され、燃焼に供される。
【００１９】
吸気バルブ１１を所定のタイミングで開閉させるための吸気側カム軸２１と、排気バルブ１２を所定のタイミングで開閉させるための排気側カム軸２２とは、図示しないタイミングベルト等を介してクランク軸に駆動連結される。吸気側カム軸２１には油圧駆動式の吸気側ＶＣＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃａｍ  Ｔｉｍｉｎｇ）機構２３（可変バルブ調整機構、変位角調整部）が設けられ、排気側カム軸２２には同じく油圧駆動式の排気側ＶＣＴ機構２４（可変バルブ調整機構、変位角調整部）が設けられている。吸気側ＶＣＴ機構２３及び排気側ＶＣＴ機構２４は、バルブ開閉特性を変化させるものである。
【００２０】
吸気側ＶＣＴ機構２３及び排気側ＶＣＴ機構２４はそれぞれ、吸気側カム軸２１及び排気側カム軸２２とクランク軸との間の相対的な回転位相を調整するための位相調整式可変バルブタイミング機構として設けられ、その動作は図示しないソレノイドバルブによる油圧制御に従い調整される。吸気側ＶＣＴ機構２３及び排気側ＶＣＴ機構２４の制御量に応じて、吸気側カム軸２１及び排気側カム軸２２がクランク軸に対して遅角側或いは進角側に回動し、その動作に合わせて吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉時期が遅角側或いは進角側に移行する。
【００２１】
吸気側カム軸２１には、吸気側カム軸２１の回転位置を検出するための吸気側カム位置センサ２５が設けられている。排気側カム軸２２には、排気側カム軸２２の回転位置を検出するための排気側カム位置センサ２６が設けられている。
【００２２】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１（オーバーラップ量目標値算出部）、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４等からなるマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ３０には、上記したエアフローメータ５、Ａ／Ｆセンサ１５、Ｏ2センサ１６、水温センサ１７、スロットルセンサ２０、吸気側カム位置センサ２５及び排気側カム位置センサ２６の各々の検出信号が入力される。ＥＣＵ３０は、各検出信号に基づいて、吸入空気量Ｑａ、触媒上流側及び下流側の空燃比（Ａ／Ｆ）、エンジン水温Ｔｗ 、スロットル開度、カム位置などのエンジン運転状態を検知する。
【００２３】
ＥＣＵ３０には、７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力する基準位置センサ２７と、より細かなクランク角毎（例えば、３０°ＣＡ毎）にパルス信号を出力する回転角センサ２８とが接続されている。ＥＣＵ３０は、各パルス信号に基づいて、基準クランク位置及びエンジン回転数を検知する。
【００２４】
ＥＣＵ３０には、大気圧センサ４０（大気圧検出部）が接続されている。ＥＣＵ３０は、大気圧センサ４０からの出力信号に基づいて、車両が走行している地点の大気圧を検知する。ＥＣＵ３０を構成するＣＰＵ３１は、大気圧情報及び他のセンサ類から取得される情報に基づいて、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開弁タイミング及び閉弁タイミングを制御する。
【００２５】
続いて、図２を参照しながらＥＣＵ３０による吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量制御について説明する。
【００２６】
ステップＳ０１では、車両が走行している地点の大気圧データを取得する。具体的には、大気圧センサ４０が検知した大気圧信号（大気圧情報）をＥＣＵ３０に出力する。ＣＰＵ３１は、大気圧信号から現在地の大気圧を取得する。
【００２７】
ステップＳ０１に続くステップＳ０２では、補正係数を設定する。この補正係数は、他の条件から設定される吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量目標値に、大気圧変動の要素を反映させるためのものである。
【００２８】
例えば、沿岸部の市街地（平地、標高海抜１０ｍ）の大気圧（高大気圧）が１０１３［ｈＰａ］で、山間部の道路（高地、標高海抜１０００ｍ）の大気圧（低大気圧）が８９９［ｈＰａ］であるものとする。この場合に、低大気圧の場合のオーバーラップ量目標値が高大気圧の場合のオーバーラップ量目標値よりも多くなるように補正係数が定められる。例えば、大気圧センサ４０が検知した大気圧情報としての大気圧信号が示す大気圧と予め定められた基準大気圧との気圧差に基づいて、基準大気圧時のオーバーラップ目標値に対する補正量を決定することで、その補正量に応じた補正係数を決定し、大気圧情報検出時のオーバーラップ目標値を算出する。
【００２９】
この補正係数は、図４に示されるように大気圧と補正後オーバーラップ量が略比例関係を保つように設定されてもよい。また、図５に示されるように大気圧と補正後オーバーラップ量が階段状の関係を保つように設定されていてもよい。
【００３０】
階段状の関係とは、ある範囲の大気圧に対して、補正係数が同一値を取り、補正後オーバーラップ量が同一値を保つような関係である。補正係数の定め方としては、大気圧値に対応させたテーブルをＲＯＭ３２に持ち、そのテーブルに基づいて定めてもよく、補正後オーバーラップ量を変化させるポイントにおいて閾値を持つようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ０２に続くステップＳ０３では、補正後のオーバーラップ量目標値を算出する。補正後のオーバーラップ量目標値の算出にあたっては、他の条件から設定される吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量にステップＳ０２で求めた補正係数を掛け合わせることによって算出する。
【００３２】
ステップＳ０３に続くステップＳ０４では、補正後の最大オーバーラップ量を算出する。最大オーバーラップ量とは、燃焼を継続するための吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量の限界値である。オーバーラップ量と同様に、他の条件から求められる最大オーバーラップ量に、ステップＳ０２で算出した補正係数を掛けあわせて、補正後の最大オーバーラップ量を算出する。
【００３３】
ステップＳ０４に続くステップＳ０５では、ステップＳ０３で求めた補正後のオーバーラップ量目標値が、ステップＳ０４で求めた補正後の最大オーバーラップ量を示す値（限界値）よりも小さいか判断する。補正後のオーバーラップ量目標値が補正後の最大オーバーラップ量を示す値よりも小さければステップＳ０６の処理に進み、補正後のオーバーラップ量目標値が補正後の最大オーバーラップ量を示す値よりも小さくなければステップＳ０７の処理に進む。
【００３４】
ステップＳ０６では、補正後のオーバーラップ量目標値に対応するＶＣＴ目標変位角を設定する。ＶＣＴ目標変位角とは、吸気バルブ１１の狙いの進角量及び／又は排気バルブ１２の狙いの遅角量に対応する目標値である。図６に示されるように、排気側を遅角させ、吸気側を進角させると、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２のオーバーラップ量が設定される。図６では、排気側の遅角と吸気側の進角とを同時に実行しているけれども、いずれかのみを動かしてオーバーラップ量を設定することもできる。
【００３５】
このようにオーバーラップ量目標値を補正して設定すると、図３に示されるような状態になる。図３の（Ａ）では、オーバーラップ量の補正を行っていない場合の内部ＥＧＲ率の変動を示している。図３の（Ａ）に示されるように、オーバーラップ量目標値の補正を行わないと、高地において内部ＥＧＲ率が低下する。
【００３６】
図３の（Ｂ）では、オーバーラップ量目標値の補正を行った場合の内部ＥＧＲ率の変動を示している。図３の（Ｂ）に示されるように、オーバーラップ量目標値を増やす補正を行うと、内部ＥＧＲ率の低下を抑制することができる。
【００３７】
ステップＳ０７では、補正後の最大オーバーラップ量に対応するＶＣＴ目標変位角を設定する。最適な補正値とまではいかなくとも、補正後の最大オーバーラップ量に対応するＶＣＴ目標変位角を設定することで、内部ＥＧＲ率の低下を抑制しつつ燃焼継続も確保することができる。
【００３８】
図３を参照しながら説明したように、オーバーラップ量目標値の補正を行わないと高地においては内部ＥＧＲ率が低下する。内部ＥＧＲ率が低下すると燃焼速度が上昇し、図７の（Ａ）に示すように、平地に比較して同一点火時期に対して相対的に進角側の点火となる。相対的に進角側の点火となることで、トルクが過大な状態となる場合がある。
【００３９】
オーバーラップ量目標値の補正を行って内部ＥＧＲ率を上昇させ、平地と高地とで内部ＥＧＲを同等にすると、筒内新気量が同等となる。筒内新気量が同等になると、筒内燃焼状態が同等になり、図７の（Ｂ）に示されるように同一点火時期に対するトルクの特性も同等なものとなる。本実施形態ではこのように大気圧変動に関わらず筒内燃焼状態を同等に保つので、点火時期に対するトルク感度は変化しない。そのため、ドライバビリティの向上を図ることができる。また、例えばアイドリング時における過度なクリープ現象に起因する予期せぬ車の前進といった事象を回避することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：エンジン（内燃機関）
１１：吸気バルブ
１２：排気バルブ
３０：ＥＣＵ（制御装置）
３１：ＣＰＵ（オーバーラップ量目標値算出部）
４０：大気圧センサ（大気圧検出部）
２３：吸気側ＶＣＴ機構（可変バルブ調整機構、変位角調整部）
２４：排気側ＶＣＴ機構（可変バルブ調整機構、変位角調整部）
【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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