(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御可能な可変動弁エンジンの制御装置において、
吸気弁による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する低負荷運転条件である特定運転条件かそれ以外の通常運転条件かを判定する運転条件判定手段と、
前記通常運転条件にて、スロットル弁を全開近傍に固定し、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、
前記特定運転条件にて、吸気弁の閉時期を下死点近傍に固定し、吸気通路に設けたスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項２】
前記第１の吸入空気量制御手段は、吸気弁の閉時期を、目標空気量が小さい程、吸気上死点側に、目標空気量が大きい程、吸気下死点側に制御して、吸入空気量を制御することを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項３】
吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御可能な可変動弁エンジンの制御装置において、
吸気弁による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する低負荷運転条件である特定運転条件かそれ以外の通常運転条件かを判定する運転条件判定手段と、
前記通常運転条件にて、吸気弁の閉時期を、目標空気量が小さい程、吸気上死点側に、目標空気量が大きい程、吸気下死点側に制御して、吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、
前記特定運転条件にて、吸気弁の閉時期を下死点近傍に固定し、吸気通路に設けたスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項４】
前記特定運転条件を、アイドル運転時とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【請求項５】
前記特定運転条件を、冷機状態での低負荷運転時とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御可能な可変動弁エンジンにおいて、特定運転条件での吸気弁による吸入空気量の制御による燃焼状態の悪化を防止するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、可変動弁装置、例えば電磁駆動装置を用いて、吸気弁及び排気弁を駆動し、これらの開閉動作を任意に制御するものがある（特開平１０−３７７２７号公報参照）。
【０００３】
更に、近年は、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、吸気弁の閉時期を制御（早閉じ制御）することにより、吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行うものが注目され、その開発が進められている。この場合、スロットル弁は無いか、吸気通路内に微少な負圧を得る目的で補助的に装着される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可変動弁装置を用いて、吸入空気量を吸気弁の閉時期で制御する場合、低負荷運転時には、吸入空気量を小さくすべく、吸気弁の閉時期が早くなって、吸気弁の開時間が短くなるため、以下のような現象を生じる。
（１）吸気弁の開時間が短いため、ポート流速が発達せず、シリンダ内のガス流動の弱化を生じる。
（２）同様の理由で、吸気ポートへ付着した燃料（壁流）の気化が鈍化する。
（３）吸気弁の早閉じ後の断熱膨張等により、シリンダ内混合気の温度低下を生じる。
【０００５】
また、上記現象は、アイドル運転時や、冷機状態において影響が大きくなり、燃焼の悪化を招き、運転性、燃費等に影響を与える。
本発明は、このような点に鑑み、可変動弁エンジンにおける特定運転条件での燃焼状態の悪化を防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御可能な可変動弁エンジンの制御装置において、図１に示すように、吸気弁による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する低負荷運転条件である特定運転条件かそれ以外の通常運転条件かを判定する運転条件判定手段と、前記通常運転条件にて、スロットル弁を全開近傍に固定し、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、前記特定運転条件にて、吸気弁の閉時期を下死点近傍に固定し、吸気通路に設けたスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、を設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明において、前記第１の吸入空気量制御手段は、吸気弁の閉時期を、目標空気量が小さい程、吸気上死点側に、目標空気量が大きい程、吸気下死点側に制御して、吸入空気量を制御することを特徴とする。
又は、請求項３に係る発明では、吸気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備え、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御可能な可変動弁エンジンの制御装置において、図１に示すように、吸気弁による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する低負荷運転条件である特定運転条件かそれ以外の通常運転条件かを判定する運転条件判定手段と、前記通常運転条件にて、吸気弁の閉時期を、目標空気量が小さい程、吸気上死点側に、目標空気量が大きい程、吸気下死点側に制御して、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する第１の吸入空気量制御手段と、前記特定運転条件にて、吸気弁の閉時期を下死点近傍に固定し、吸気通路に設けたスロットル弁の開度を制御して吸入空気量を制御する第２の吸入空気量制御手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に係る発明では、前記特定運転条件を、アイドル運転時とすることを特徴とする。
請求項５に係る発明では、前記特定運転条件を、冷機状態での低負荷運転時とすることを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
請求項１〜３に係る発明によれば、通常運転条件では、吸気弁の閉時期を制御して吸入空気量を制御する一方、吸気弁による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件（低負荷運転条件）では、吸気弁の閉時期を固定して、吸気弁の開時間を長くとり、そのままでは増加してしまう吸入空気量については、スロットル弁の開度により制御（絞り制御）することで、吸気弁の開時間を確保してポート流速を十分に発達させる等により、シリンダ内のガス流動向上、壁流の霧化促進、シリンダ内混合気の温度上昇を図り、燃焼状態を改善することができる。
また、スロットル弁による吸入空気量の制御中、吸気弁の閉時期を下死点近傍に固定することで、吸気弁の開時間を十分に確保して、ガス流動の強化等を図ることができる。
また、請求項１に係る発明によれば、吸気弁による吸入空気量の制御中、スロットル弁を全開近傍に固定することで、ポンプロス低減効果を十分に発揮させることができる。
また、請求項２、３に係る発明によれば、通常運転条件にて、吸気弁の早閉じ制御により、目標空気量を得ることができる。
【００１０】
請求項４に係る発明によれば、アイドル運転時に、スロットル弁による吸入空気量の制御を行うことで、吸気弁による吸入空気量の制御で燃焼状態の悪化が顕著となるアイドルでの燃焼を改善し、アイドル安定性等を向上できる。
【００１１】
請求項５に係る発明によれば、冷機状態での低負荷運転時に、スロットル弁による吸入空気量の制御を行うことで、吸気弁による吸入空気量の制御で燃焼状態の悪化が顕著となる冷機状態での燃焼を改善し、運転性等を向上できる他、冷機状態では可変動弁装置の制御性の悪化により微細な空気量制御が困難となるという問題も解決できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００１５】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６を備えている。７は吸気通路、８は排気通路である。
【００１６】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００１７】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００１８】
図２に戻って、吸気通路７には、全気筒共通の集合部に、電制スロットル弁９が設けられている。
吸気通路７にはまた、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１９】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、電制スロットル弁９、燃料噴射弁１０及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１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クランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダル踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ（アクセル全閉でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）１３、吸気通路７のスロットル弁９上流にて吸入空気量Ｑａを計測するエアフローメータ１４、エンジン冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１５等から、信号が入力されている。
【００２０】
このエンジン１では、通常は、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉動作を制御、特に吸気弁５の開時期ＩＶＯを上死点近傍に設定して、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを可変制御することにより吸入空気量を制御して、実質的にノンスロットル運転を行う。この場合、電制スロットル弁９は、全開、又は吸気通路７内に微少な負圧を得る程度の開度に設定する。
【００２１】
一方、吸気弁５の閉時期ＩＶＣによる吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件、具体的には、アイドル運転時、及び／又は、冷機状態（水温Ｔｗが所定値以下）での低負荷運転時には、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定し、電制スロットル弁９の開度ＴＶＯを可変制御することにより吸入空気量を制御する。
【００２２】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【００２３】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ（トルク上の最適点火時期）又はノック限界に制御する。
次に、吸気弁５（吸気弁開時期ＩＶＯ、閉時期ＩＶＣ）及び電制スロットル弁９（スロットル開度ＴＶＯ）の制御について、更に詳細に、図４のフローチャートにより説明する。
【００２４】
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、マップを参照して、要求トルク相当の目標空気量Ｑｔを演算する。但し、アイドル運転時（アイドルスイッチＯＮ）の場合は、エンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎidleとの偏差ΔＮｅ＝Ｎｅ−Ｎidleに基づいて、該偏差がマイナス側のときは、増量方向、プラス側のときは、減量方向に、目標空気量Ｑｔを補正する。
【００２５】
ステップ２では、運転条件を判定する。すなわち、吸気弁５による吸入空気量の制御によって燃焼状態が悪化する特定運転条件かそれ以外の通常運転条件かを判定する。ここで、前記特定運転条件は、アイドル運転時（アイドルスイッチＯＮ）、及び／又は、冷機状態（水温Ｔｗが所定値以下）での低負荷運転時（目標空気量Ｑｔが所定値以下）とする。この部分が運転条件判定手段に相当する。
【００２６】
通常運転条件の場合は、ステップ３へ進み、スロットル開度ＴＶＯを全開近傍（全開又は微少な負圧を得る程度の開度）に固定する。
そして、ステップ４へ進み、ステップ３でのスロットル開度条件下で、目標空気量Ｑｔを得るように、バルブタイミングを演算する。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点近傍に固定する一方、目標空気量Ｑｔを得るように、目標空気量Ｑｔから、吸気弁閉時期ＩＶＣを演算し、制御する。ここで、目標空気量Ｑｔが小さい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを上死点側に設定し、目標空気量Ｑｔが大きい程、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点側に設定する。このステップ３，４の部分が第１の吸入空気量制御手段に相当する。
【００２７】
特定運転条件の場合は、ステップ５へ進み、バルブタイミングを固定する。すなわち、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点近傍に固定し、吸気弁閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定する。
【００２８】
そして、ステップ６へ進み、ステップ５でのバルブタイミング条件下で、目標空気量Ｑｔを得るように、スロットル開度ＴＶＯを演算する。すなわち、目標空気量Ｑｔとエンジン回転数Ｎｅとから、マップを参照して、スロットル開度ＴＶＯを演算し、制御する。具体的には、Ｑｔ／Ｎｅに対し比例的にスロットル開度ＴＶＯを設定する。このステップ５，６の部分が第２の吸入空気量制御手段に相当する。
【００２９】
以上のように、可変動弁装置を用いて、吸入空気量を吸気弁５の閉時期ＩＶＣで制御する場合、低負荷運転時には、吸入空気量を小さくすべく、吸気弁５の閉時期ＩＶＣが早くなって、吸気弁の開時間（ＩＶＯ〜ＩＶＣ）が短くなるため、図５のＡに示すように、ポート流速が発達せず、シリンダ内のガス流動の弱化や、壁流の気化の鈍化等を生じるが、本発明では、このときに、吸気弁５の閉時期ＩＶＣを下死点近傍に固定して、吸気弁５の開時間を長くとることで、図５のＢに示すように、ポート流速を十分に発達させて、シリンダ内のガス流動向上、壁流の霧化促進等を図る。そして、そのままでは増加してしまう吸入空気量については、電制スロットル弁９で空気量を絞り制御することで、同一の吸入空気量を得るのである。
【００３０】
尚、吸気弁による制御からスロットル弁による制御に切換える特定運転条件としては、アイドル運転時や、冷機状態での低負荷運転時の他、減速運転時（燃料カット前）を挙げることができる。
【００３１】
また、本実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】  本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】  吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】  制御ルーチンのフローチャート
【図５】  吸気弁の開時間とポート流速等との関係を示す図
【符号の説明】
１  エンジン
４  点火栓
５  電磁駆動式の吸気弁
６  電磁駆動式の排気弁
７  吸気通路
８  排気通路
９  燃料噴射弁
１０  電制スロットル弁
１１  コントロールユニット
１２  クランク角センサ
１３  アクセルペダルセンサ
１４  エアフローメータ
１５  水温センサ
【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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