(57)【要約】【課題】従来よりもポンピングロスを低減す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】内燃機関１の同一の気筒２に設けられている吸気弁１０及び排気弁１１を開閉駆動するとともにその開閉駆動する弁の動弁特性を変更可能な可変動弁装置３０を備え、ＥＣＵ３０は気筒２内において燃料の燃焼に使用されるべき吸気の量である目標吸気量を内燃機関１の運転状態に基づいて設定する内燃機関の制御装置において、可変動弁装置２０は、気筒２の吸気行程中には吸気弁１０の動弁特性を変更して目標吸気量より多い吸気を気筒２内に吸入させ、吸気行程に続く圧縮行程中には吸気弁１０を開弁させて気筒２に吸入された吸気の一部が気筒２から吸気通路８に排出されて気筒２内に残留する吸気の量が目標吸気量になるように制御される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の同一の気筒に設けられている吸気弁及び排気弁のうちの少なくとも前記吸気弁を開閉駆動するとともにその開閉駆動する弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、前記気筒内において燃料の燃焼に使用されるべき吸気の量である目標吸気量を前記内燃機関の運転状態に基づいて設定する目標吸気量設定手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記気筒の吸気行程中には前記吸気弁の動弁特性を変更して前記目標吸気量より多い吸気を前記気筒内に吸入させ、前記吸気行程に続く前記気筒の圧縮行程中には前記可変動弁機構にて開閉駆動される弁を開弁させて前記気筒に吸入された吸気の一部が前記気筒から排出されて前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量になるように前記可変動弁機構を制御する制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒から吸気の一部を前記内燃機関の吸気通路に排出すべく前記圧縮行程中も前記吸気行程から継続して前記吸気弁が開弁されているように前記可変動弁機構を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記可変動弁機構は、前記動弁特性としてリフト量を変更可能であり、
前記制御手段は、前記吸気行程中には前記吸気弁のリフト量が前記可変動弁機構で変更可能な最大リフト量より小さい第１リフト量に変更されるとともに前記圧縮行程中には前記吸気弁のリフト量が前記第１リフト量より大きい第２リフト量に変更されるように前記可変動弁機構を制御する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御し、その後前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記圧縮行程中において前記吸気弁が閉弁される時期よりも前であり、かつ前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記気筒から排出される吸気に伴って前記気筒から前記内燃機関の吸気通路に排出されることを防止可能な時期に前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記可変動弁機構は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方を開閉駆動し、
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記排気弁が開弁されるように前記可変動弁機構を制御する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記可変動弁機構は、前記動弁特性としてリフト量を変更可能であり、
前記制御手段は、前記吸気行程中に前記吸気弁のリフト量が前記可変動弁機構で変更可能な最大リフト量に変更されるように前記可変動弁機構を制御する請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御し、その後前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御する請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、
前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記圧縮行程中において前記排気弁が閉弁される時期よりも前であり、かつ前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記気筒から排出される吸気に伴って前記気筒から前記内燃機関の排気通路に排出されることを防止可能な時期に前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御する請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段の異常の有無を診断する異常診断手段と、前記排気通路の空燃比を検出する空燃比検出手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記異常診断手段が前記排気浄化手段に異常があると判断した場合、又は前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標空燃比よりリーンになる頻度が予め設定した判定値より多い場合、前記吸気行程中に前記気筒に吸入される吸気量が制限されるように前記スロットル弁を閉じ側に制御する請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記異常診断手段が前記排気浄化手段に異常があると判断した場合、又は前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標空燃比よりリーンになる頻度が予め設定した判定値より多い場合、前記圧縮行程中における前記排気弁の開弁が禁止されるように前記可変動弁機構を制御する請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
内燃機関の気筒に設けられている排気弁を開閉駆動するとともに前記排気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、前記気筒内において燃料の燃焼に使用されるべき吸気の量である目標吸気量を前記内燃機関の運転状態に基づいて設定する目標吸気量設定手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記気筒の吸気行程中には前記目標吸気量より多い吸気が前記気筒内に吸入されるように前記スロットル弁を全開にし、前記吸気行程に続く前記気筒の圧縮行程中には前記排気弁を開弁させて前記気筒に吸入された吸気の一部が前記気筒から排出されて前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量になるように前記可変動弁機構を制御する制御手段を備えていることを特徴とする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、同一の気筒に設けられている吸気弁及び排気弁のうちの少なくともいずれか一方を開閉駆動するとともにその弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気弁のバルブリフト量と供給吸気量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、吸気管内に設けられて供給吸気量を制御する吸気量制御機構とを備え、可変リフト機構により吸気弁が低リフトで制御されているときは供給吸気量を吸気量制御機構によって連続的に制御する内燃機関の可変動弁装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２５４１００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置においても吸気弁を低リフトで制御する場合にはスロットルバルブで吸気量を制御するので、この際にポンピングロスが発生し、内燃機関の出力が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、従来よりもポンピングロスを低減することが可能な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】
【０００６】
本発明の第１の内燃機関の制御装置は、内燃機関の同一の気筒に設けられている吸気弁及び排気弁のうちの少なくとも前記吸気弁を開閉駆動するとともにその開閉駆動する弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、前記気筒内において燃料の燃焼に使用されるべき吸気の量である目標吸気量を前記内燃機関の運転状態に基づいて設定する目標吸気量設定手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記気筒の吸気行程中には前記吸気弁の動弁特性を変更して前記目標吸気量より多い吸気を前記気筒内に吸入させ、前記吸気行程に続く前記気筒の圧縮行程中には前記可変動弁機構にて開閉駆動される弁を開弁させて前記気筒に吸入された吸気の一部が前記気筒から排出されて前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量になるように前記可変動弁機構を制御する制御手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の第１の制御装置によれば、圧縮行程における気筒からの吸気の排出によって気筒内の吸気量を目標吸気量に調整するので、目標吸気量が少なくても吸気行程中に気筒に吸入される吸気の量を制限する必要がない。そのため、例えばスロットル弁を備えた内燃機関では吸気行程中にスロットル弁を全開の状態に維持することが可能である。また、スロットル弁を備えず、吸気弁の動弁特性、例えばリフト量を変更して気筒に吸入される吸気量を調整する内燃機関では、吸気行程中の吸気弁のリフト量をポンピングロスが発生したり制御性が悪化するまで無駄に小さくする必要がない。このように本発明の第１の制御装置によれば、吸気行程時にスロットル弁の開度を大きい状態に維持したり、吸気弁のリフト量を無駄に小さくする必要がないため、従来よりもポンピングロスを低減することができる。
【０００８】
なお、本発明における吸気行程とは、気筒内に吸気を吸入させるべき期間であり、かつピストンが上死点から下死点まで移動する期間を示す。また、本発明における圧縮行程とは、吸気行程後にピストンが下死点から上死点まで移動する期間を示す。
【０００９】
本発明の第１の制御装置の一形態において、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒から吸気の一部を前記内燃機関の吸気通路に排出すべく前記圧縮行程中も前記吸気行程から継続して前記吸気弁が開弁されているように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項２）。このように吸気弁を制御することにより、吸気弁の無駄な開閉を行うことなく気筒内の吸気を排出することができる。
【００１０】
この形態において、前記可変動弁機構は、前記動弁特性としてリフト量を変更可能であり、前記制御手段は、前記吸気行程中には前記吸気弁のリフト量が前記可変動弁機構で変更可能な最大リフト量より小さい第１リフト量に変更されるとともに前記圧縮行程中には前記吸気弁のリフト量が前記第１リフト量より大きい第２リフト量に変更されるように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項３）。このように圧縮行程中の吸気弁のリフト量を吸気行程時よりも大きくすることにより、気筒内から吸気通路に迅速に吸気を排出することができる。
【００１１】
本発明の第１の制御装置の一形態においては、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御し、その後前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御してもよい（請求項４）。この場合、燃料が気筒から吸気通路に排出されることを防止できる。
【００１２】
また、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記圧縮行程中において前記吸気弁が閉弁される時期よりも前であり、かつ前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記気筒から排出される吸気に伴って前記気筒から前記内燃機関の吸気通路に排出されることを防止可能な時期に前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御してもよい（請求項５）。この場合、燃料が気筒から吸気通路に排出されることを防止しつつ燃料の噴射時期を早めることができる。
【００１３】
本発明の第１の制御装置の一形態において、前記可変動弁機構は、前記吸気弁及び前記排気弁の両方を開閉駆動し、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記排気弁が開弁されるように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項６）。この場合、気筒から排気通路に吸気を排出して気筒内に残留する吸気量を目標吸気量に調整できる。
【００１４】
この形態において、前記可変動弁機構は、前記動弁特性としてリフト量を変更可能であり、前記制御手段は、前記吸気行程中に前記吸気弁のリフト量が前記可変動弁機構で変更可能な最大リフト量に変更されるように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項７）。この場合、吸気行程時に気筒内に速やかに吸気を吸入させることができる。また、ポンピングロスをさらに低減できる。
【００１５】
圧縮行程中に排気弁を開弁させる第１の制御装置の一形態においては、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御し、その後前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御してもよい（請求項８）。この場合、燃料が気筒から排気通路に排出されることを防止できる。
【００１６】
圧縮行程中に排気弁を開弁させる第１の制御装置の一形態においては、前記気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備え、前記制御手段は、前記圧縮行程中に前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量に調整されると前記吸気弁及び前記排気弁の両方が閉弁されるように前記可変動弁機構を制御するとともに、前記圧縮行程中において前記排気弁が閉弁される時期よりも前であり、かつ前記燃料噴射弁から噴射された燃料が前記気筒から排出される吸気に伴って前記気筒から前記内燃機関の排気通路に排出されることを防止可能な時期に前記気筒内に燃料が噴射されるように前記燃料噴射弁の動作を制御してもよい（請求項９）。この場合、燃料が気筒から排気通路に排出されることを防止しつつ燃料の噴射時期を早めることができる。
【００１７】
圧縮行程中に排気弁を開弁させる第１の制御装置の一形態においては、前記内燃機関の吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化手段の異常の有無を診断する異常診断手段と、前記排気通路の空燃比を検出する空燃比検出手段と、をさらに備え、前記制御手段は、前記異常診断手段が前記排気浄化手段に異常があると判断した場合、又は前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標空燃比よりリーンになる頻度が予め設定した判定値より多い場合、前記吸気行程中に前記気筒に吸入される吸気量が制限されるように前記スロットル弁を閉じ側に制御してもよい（請求項１０）。例えば、排気浄化手段や排気通路に詰まりが生じた場合、気筒から排気通路に吸気が排出され難くなるので、気筒内に目標吸気量より多い吸気が残留して内燃機関の空燃比が目標空燃比よりリーンになるおそれがある。この場合、内燃機関の運転状態が不安定になったり、空燃比が過剰にリーンになると失火したりするおそれがある。また、排気浄化手段に異常がある場合に排気通路に吸気を排出すると、例えば排気中の炭化水素が排気浄化手段で酸化して排気浄化手段が過熱されるおそれがある。そこで、これらのような場合には、スロットル弁を閉じ側に制御して気筒内に吸入される吸気量を制限し、排気通路に排出される吸気の量を減少させる。これにより、排気浄化手段の異常がさらに悪化したり内燃機関の運転状態が不安定になったりすることを防止できる。
【００１８】
この形態において、前記制御手段は、前記異常診断手段が前記排気浄化手段に異常があると判断した場合、又は前記空燃比検出手段により検出された空燃比が前記内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標空燃比よりリーンになる頻度が予め設定した判定値より多い場合、前記圧縮行程中における前記排気弁の開弁が禁止されるように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項１１）。このように排気弁の開弁を禁止することにより、排気通路への吸気の排出を防止できるので、排気浄化手段の異常がさらに悪化したり内燃機関の運転状態が不安定になったりすることをより確実に防止できる
【００１９】
本発明の第２の内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒に設けられている排気弁を開閉駆動するとともに前記排気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の吸気通路に配置され、開度の制御が可能なスロットル弁と、前記気筒内において燃料の燃焼に使用されるべき吸気の量である目標吸気量を前記内燃機関の運転状態に基づいて設定する目標吸気量設定手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記気筒の吸気行程中には前記目標吸気量より多い吸気が前記気筒内に吸入されるように前記スロットル弁を全開にし、前記吸気行程に続く前記気筒の圧縮行程中には前記排気弁を開弁させて前記気筒に吸入された吸気の一部が前記気筒から排出されて前記気筒内に残留する吸気の量が前記目標吸気量になるように前記可変動弁機構を制御する制御手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１２）。
【００２０】
本発明の第２の制御装置によれば、吸気行程中にスロットル弁を全開にするので、従来よりもポンピングロスを低減することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、吸気行程時にスロットル弁を全開など開度の大きい状態に維持したり、吸気弁のリフト量を無駄に小さくする必要がないため、従来よりもポンピングロスを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示す図である。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、複数（図１では１つのみを示す。）の気筒２が形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上部に取り付けられるシリンダヘッド４とを備えている。各気筒２には、ピストン５が往復動可能にそれぞれ挿入され、このピストン５と気筒２の壁面とシリンダヘッド４とによって各気筒２に燃焼室６がそれぞれ形成される。ピストン５は、コンロッド７を介して不図示のクランク軸と連結されている。各気筒２には吸気通路８及び排気通路９がそれぞれ接続されるとともに吸気通路８及び排気通路９を燃焼室６に対して開閉するための吸気弁１０及び排気弁１１が設けられている。吸気弁１０の上端にはバルブリフター１０ａが吸気弁１０と一体的に往復運動可能に設けられ、このバルブリフター１０ａとシリンダヘッド４との間に装着されたバルブスプリング（不図示）によって吸気弁１０が閉弁方向に付勢されている。同様に排気弁１１の上端にもバルブリフター１１ａが排気弁１１と一体的に往復運動可能に設けられ、このバルブリフター１１ａとシリンダヘッド４との間に装着されたバルブスプリング（不図示）によって排気弁１１が閉弁方向に付勢されている。また、各気筒２には、気筒２内に燃料噴射する燃料噴射弁としてのインジェクタ１２と、燃焼室６内の燃料混合気に点火するための点火プラグ１３とが設けられている。そのため、エンジン１は気筒２内に直接燃料を噴射する筒内直噴型の内燃機関である。吸気通路８には、開度の制御が可能なスロットル弁１４が設けられている。排気通路９には、排気の空燃比に対応した信号を出力する空燃比検出手段としても空燃比センサ１５と、排気浄化手段としての排気浄化触媒１６とが設けられている。
【００２３】
エンジン１は、同一の気筒２に設けられている吸気弁１０及び排気弁１１を開閉駆動する可変動弁機構としての可変動弁装置２０を備えている。可変動弁装置２０は、吸気側電動モータ２１と、排気側電動モータ２２と、吸気弁１０をバルブスプリングに抗して開方向に駆動する吸気側カム２３と、排気弁１１をバルブスプリングに抗して開方向に駆動する排気側カム２４と、吸気側電動モータ２１の回転運動を吸気側カム２３に伝達する吸気側回転伝達機構２５と、排気側電動モータ２２の回転運動を排気側カム２４に伝達する排気側回転伝達機構２６とを備えている。各電動モータ２１、２２には、回転速度の制御が可能なＤＣブラシレスモータ等が使用される。また、各電動モータ２１、２２には、その回転位置を検出するためのレゾルバ、ロータリエンコーダ等の位置検出センサ（不図示）がそれぞれ内蔵されている。可変動弁装置２０は、各電動モータ２１、２２の動作を制御することにより吸気弁１０及び排気弁１１の動弁特性、例えばリフト量、開閉時期、作用角などを変更することができる。例えば、まず吸気側カム２３を所定方向に回転させ、次にそのカム２３の凸部の頂点がバルブリフター１０ａと接触する前に吸気側カム２３が所定方向と反対の方向に回転するように吸気側電動モータ２１を動作させることにより、吸気弁１０のリフト量を変更することができる。また、吸気弁１０が開弁した状態で吸気側電動モータ２１を停止させることにより、吸気弁１０を所定開度に開弁させ続けることができる。なお、これらの弁制御は排気弁１１についても同様である。
【００２４】
可変動弁装置２０の各電動モータ２１、２２の動作は、制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、インジェクタ１２、点火プラグ１３、及びスロットル弁１４などの動作を制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０には、このような制御において参照されるべき各種の物理量及び状態量の検出手段として各電動モータ２１、２２の位置検出センサ、空燃比センサ１５、及び排気浄化触媒１６の温度に対応した信号を出力する床温センサ３１などが接続されている。ＥＣＵ３０には、この他にも種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。なお、ＥＣＵ３０の他に可変動弁装置２０の制御を専用に行うための電子制御ユニットを設けてもよい。この場合、電子制御ユニットとＥＣＵ３０とを接続し、それぞれに接続されている機器の制御をそれぞれのユニットが実施でき、かつそれぞれに接続されている各センサの出力信号に関する情報を交換可能とする。
【００２５】
ＥＣＵ３０は、エンジン１の回転数や負荷に応じて気筒２内に噴射すべき燃料量及び目標空燃比を設定するとともに、その燃料量の燃料が燃焼したときに目標空燃比になる目標吸気量を設定する。そして、ＥＣＵ３０は、気筒２内に残留して燃料の燃焼に使用される吸気の量が目標吸気量になるようにスロットル弁１４、及び各電動モータ２１、２２の動作を制御する。この際、ＥＣＵ３０は、スロットル弁１４を全開の状態に維持し、吸気弁１０及び排気弁１１の開閉時期及び動弁特性を変更することにより、気筒２内に残留する吸気の量を目標吸気量に調整する。なお、このように目標吸気量を設定することにより、ＥＣＵ３０が本発明の目標吸気量設定手段として機能する。
【００２６】
図２を参照してＥＣＵ３０がこのように吸気の量を制御する制御方法について説明する。図２は、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、及び排気行程で構成される１サイクルにおける吸気弁１０及び排気弁１１のリフトカーブの一例を示している。なお、図２の線Ｌ１が吸気弁１０のリフトカーブを示し、線Ｌ２が排気弁１１のリフトカーブを示している。図２に示したようにＥＣＵ３０は、排気行程において気筒２から排気が排気通路９に排出されるように排気弁１１を開閉駆動する。この場合は、例えば排気側カム２４が１回転するように排気側電動モータ２２を動作させる。次の吸気行程においてＥＣＵ３０は、気筒２内に目標吸気量より多い吸気が吸入されるように吸気弁１０の動弁特性を変更する。図２に示した例では、吸気行程において吸気弁１０が可変動弁装置２０で変更可能な最大リフト量の略半分のリフト量である第１リフト量Ａで開弁した状態に維持されるように吸気弁１０の動弁特性が変更されている。
【００２７】
そして、図２に示したように吸気行程に続く圧縮行程においても吸気弁１０は開弁状態に維持される。また、圧縮行程において吸気弁１０は、第１リフト量Ａよりも大きい第２リフト量Ｂまで一時的に開弁され、その後閉弁される。周知のように圧縮行程においてはピストン５が下死点から上死点に移動するため、このように圧縮行程においても吸気弁１０を開弁状態に維持することにより、気筒２内から吸気通路８に吸気の一部を排出させて気筒２内に残留する吸気の量を目標吸気量に調整することができる。なお、圧縮行程において吸気弁１０を開弁状態に維持する開弁期間Ｔ１及び第２リフト量Ｂは、吸気行程中に気筒２内に吸入された吸気量に基づいて設定され、吸気行程において気筒２内に吸入された吸気の量から目標吸気量を引いた量（以下、余剰量と称することがある。）の吸気が排出されるように設定される。余剰量は、エンジン１の回転数、負荷、及び第１リフト量Ａに基づいて算出できる。そこで、これらのパラメータと開弁期間Ｔ１及び第２リフト量Ｂとの関係を予め実験や数値計算などにより求めてマップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておく。開弁期間Ｔ１及び第２リフト量Ｂはこのマップを参照して設定すればよい。そして、ＥＣＵ３０は、圧縮行程において吸気弁１０が閉弁した時点、すなわち吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁した時点θ１に気筒２内に燃料が噴射されるようにインジェクタ１２の動作を制御する。
【００２８】
以上に説明したように、本発明の第１の形態に係る制御装置によれば、吸気の吸入時にスロットル弁１４が全開状態に維持されるので、従来よりもポンピングロスを低減することができる。圧縮行程時における吸気の排出は吸気弁１０を開弁状態に維持することにより行うので、吸気弁１０の無駄な開閉を行うことなく気筒２内の吸気を排出することができる。図２に示したように圧縮行程時は吸気弁１０のリフト量を第２リフト量Ｂに変更するので、気筒２内から吸気通路８に迅速に吸気を排出することができる。インジェクタ１２からの燃料の噴射は吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁した後に行われるので、吸気通路８に燃料が排出されることを防止できる。
【００２９】
なお、第２リフト量Ｂは図２に示した値に限定されない。例えば、圧縮行程においても第１リフト量Ａで吸気弁１０を開弁状態に維持することにより余剰量の吸気を吸気通路８に排出可能であれば、図３に一例を示したように圧縮行程においても吸気行程と同様に吸気弁１０を第１リフト量Ａで開弁状態に維持してもよい。また、吸気行程における吸気弁１０のリフトカーブも図２に示した線Ｌ１に限定されない。吸気行程において気筒２内に目標吸気量より多くの吸気が吸入されるリフトカーブを描くように吸気弁１０を開弁させればよい。例えば、図３に線Ｌ３で一例を示したように吸気行程中に吸気弁１０のリフト量が最大リフト量になるリフトカーブを描くように吸気弁１０の動弁特性を変更してもよい。
【００３０】
気筒２内に燃料を噴射する時期も吸気弁１０が閉弁した後に限定されない。圧縮行程中に吸気弁１０が開弁した状態でインジェクタ１２から燃料を噴射しても燃料が噴射されてからその燃料が吸気に伴って吸気通路８に排出されるまでに若干時間が掛かる。以降、この時間を許容時間αと称することがある。そこで、図２に一例を示したように気筒２内に燃料を噴射する時期を吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁状態になる時期θ１よりもこの許容時間α前の時期θ２に設定してもよい。この場合、吸気通路８への燃料の排出を防止しつつ燃料の噴射時期を早めることができる。また、このように燃料の噴射時期を早めることにより、噴射すべき燃料量が多い場合でも圧縮行程の初期に適切に燃料を噴射することができる。
【００３１】
（第２の形態）
次に図４を参照して本発明の第２の形態に係る制御装置について説明する。なお、この形態においてもエンジン１については図１が参照される。図４は、第１の形態の図２に対応する図であり、吸気弁１０及び排気弁１１のリフトカーブの一例を示している。なお、図４の線Ｌ１１が吸気弁１０のリフトカーブを示し、線Ｌ２１、Ｌ２２が排気弁１１のリフトカーブを示している。この形態では、吸気行程において目標吸気量より多くの吸気を気筒２内に吸入させ、圧縮行程中に排気弁１１を開弁させて気筒２内の吸気の量を目標吸気量に調整する。すなわち、第２の形態は余剰量の吸気を排気通路９に排出する点が第１の形態と異なる。なお、この形態においてもＥＣＵ３０はスロットル弁１４を全開の状態に維持する。
【００３２】
図４を参照してＥＣＵ３０による可変動弁装置２０の具体的な制御方法について説明する。図４に線Ｌ２１で示したように排気行程における排気弁１１の制御は第１の形態と同じである。次の吸気行程においてＥＣＵ３０は、吸気行程中に気筒２内に目標吸気量より多くの吸気が吸入されるように吸気弁１０の動弁特性を変更する。なお、図４に示した例では吸気行程中に吸気弁１０が漸次開弁され、そしてリフト量が最大リフト量に到達した後に漸次閉弁されるように可変動弁装置２０の動作を制御している。上述したようにスロットル弁１４は全開の状態に維持されているので、吸気弁１０をこのように開弁させることにより、目標吸気量より多くの吸気を気筒２内に吸入させることができる。
【００３３】
吸気行程に続く圧縮行程では、図４に線Ｌ２２で示したように排気弁１１が開閉駆動される。これにより余剰量の吸気を排気通路９に排出することができる。なお、圧縮行程中に排気弁１１を開弁する開弁期間Ｔ２及びその際の排気弁１１のリフト量Ｃは、例えばエンジン１の回転数、負荷、及び吸気行程における吸気弁１０のリフトカーブを積分した値などに基づいて設定すればよい。そこで、これらのパラメータと開弁期間Ｔ２及び排気弁１１のリフト量Ｃとの関係を予め実験や数値計算などにより求めてマップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておく。開弁期間Ｔ２及び第２リフト量Ｂはこのマップを参照して設定すればよい。そして、ＥＣＵ３０は、圧縮行程において排気弁１１が閉弁した時点、すなわち吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁した時点θ３に気筒２内に燃料が噴射されるようにインジェクタ１２の動作を制御する。
【００３４】
この第２の形態においても吸気の吸入時にスロットル弁１４が全開に維持されるので、従来よりもポンピングロスを低減することができる。この形態では、吸気行程時に吸気弁１０を最大リフト量まで開弁するので、吸気行程時に気筒２内に速やかに吸気を吸入させることができる。また、ポンピングロスをさらに低減できる。インジェクタ１２からの燃料の噴射は吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁した時点θ３で行われるので、燃料が排気通路９に排出されることを防止できる。
【００３５】
なお、この形態においても気筒２内に燃料を噴射する時期は排気弁１１が閉弁した後に限定されない。圧縮行程中に排気弁１１が開弁した状態でインジェクタ１２から燃料を噴射しても燃料が噴射されてからその燃料が排気通路９に排出されるまでに若干の許容時間αがある。そこで、図４に時期θ４で示したように気筒２内に燃料を噴射する時期を吸気弁１０及び排気弁１１の両方が閉弁状態になる時期θ３よりもこの許容時間α前に設定してもよい。これにより排気通路９への燃料の排出を防止しつつ燃料の噴射時期を早めることができる。
【００３６】
第２の形態においてＥＣＵ３０はエンジン１の排気系に異常がある場合、排気通路９に排出される吸気の量が減少するようにスロットル弁１４及び各電動モータ２１、２２の動作を制御してもよい。例えば、排気通路９や排気浄化触媒１６に詰まりが生じると気筒２から排気通路９に吸気が排出され難くなるため、排気の空燃比が目標空燃比よりリーンになり易い。そこで、ＥＣＵ３０は空燃比センサ１５の出力信号に基づいて排気の空燃比が目標空燃比よりリーンになる頻度が予め設定した判定値より多いと判断した場合はスロットル弁１４を閉じ側に制御して吸気行程中に気筒２内に吸入される吸気の量を制限して減少させてもよい。これにより、気筒２内の燃料混合気の空燃比を目標空燃比に近付けることができるので、エンジン１の運転状態が悪化することを防止できる。
【００３７】
また、ＥＣＵ３０は、床温センサ３１の出力信号に基づいて排気浄化触媒１６の温度が予め設定した許容温度より高い場合、排気浄化触媒１６に異常があると判断してスロットル弁１４を閉じ側に制御して吸気行程中に気筒２内に吸入される吸気の量を減少させてもよい。排気浄化触媒１６においては付着した炭化水素やススなどが燃焼して温度が上昇することがある。このような状態の排気浄化触媒１６に吸気を送るとこれらの燃焼が促進された排気浄化触媒１６が焼損するおそれがある。そこで、このような場合は排気通路９に排出される吸気の量を制限して減少させることにより排気浄化触媒１６の焼損を防止できる。なお、許容温度としては、この排気浄化触媒１６の焼損を十分に防止することが可能な温度が設定される。なお、このように排気浄化触媒１６の異常を診断することによりＥＣＵ３０が本発明の異常診断手段として機能する。
【００３８】
なお、ＥＣＵ３０は、このようにエンジン１の排気系に異常がある場合、スロットル弁１４を閉じ側に制御するとともに、圧縮行程時における排気弁１１の開弁を禁止してもよい。これにより、エンジン１の運転状態に悪化や排気浄化触媒１６の焼損をさらに確実に防止できる。
【００３９】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の制御装置が備える可変動弁装置は吸気弁及び排気弁の両方を開閉駆動するとともにこれらの弁の動弁特性を変更可能なものに限定されない。上述した第１の形態では圧縮行程中も開弁状態に維持可能なように吸気弁を開閉駆動でき、かつ吸気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁装置が設けられていてもよい。一方、上述した第２の形態では排気弁をクランク角度に拘わりなく開閉駆動でき、かつ排気弁の動弁特性を変更可能な可変動弁装置が設けられていてもよい。この場合でも、吸気行程中にスロットル弁を全開に維持することで気筒内に目標吸気量より多い吸気を吸入させることができ、圧縮行程中に排気弁を開弁できるので、上述した第２の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
また、可変動弁装置は、電動モータにて吸気弁及び排気弁を開閉駆動するものに限定されない。例えば、弁を開弁側に駆動する開弁用電磁石と弁を閉弁側に駆動する閉弁用電磁石とを備え、これら電磁石を制御することにより吸気弁や排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁装置でもよい。また、第１の形態の制御装置が備える動弁装置は、例えば弁のリフトカーブの形状はほぼ同じに維持したままそのリフトカーブの大きさを変更することにより弁の動弁特性を変更可能な動弁装置でもよい。このような動弁装置では、例えば吸気弁の閉弁時期が圧縮行程になるようにリフトカーブの大きさを変更することにより、圧縮行程中に気筒内の吸気を吸気通路に排出することができる。
【００４１】
本発明の制御装置が適用される内燃機関の排気通路に設けられている排気浄化手段は排気浄化触媒に限定されない。排気通路に排気浄化手段として排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタが設けられていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の一例を示す図。
【図２】第１の形態に係る制御装置にて制御された吸気弁及び排気弁のリフトカーブの一例を示す図。
【図３】第１の形態に係る制御装置にて制御された吸気弁及び排気弁のリフトカーブの変形例を示す図。
【図４】本発明の第２の形態に係る制御装置にて制御された吸気弁及び排気弁のリフトカーブの一例を示す図。
【符号の説明】
【００４３】
１  内燃機関
２  気筒
８  吸気通路
９  排気通路
１０  吸気弁
１１  排気弁
１２  インジェクタ（燃料噴射弁）
１４  スロットル弁
１５  空燃比センサ（空燃比検出手段）
１６  排気浄化触媒（排気浄化手段）
２０  可変動弁装置（可変動弁機構）
３０  エンジンコントロールユニット（制御手段、目標吸気量設定手段、異常診断手段）
Ａ  第１リフト量
Ｂ  第２リフト量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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