JP2008196338A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、吸気量の推定精度を高めることによって、効率良く燃料を燃焼させる。
【解決手段】制御装置１００は、吸気弁の開期間において吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように、即ち一定に維持することによって、開期間において各気筒に吸気される吸気量が、吸気量の推定値から乖離することを低減できる。したがって、制御装置１００によって実行される内燃機関の制御方法によれば、予め正確に推定された吸気量に応じて燃料の適切な噴射量及び噴射タイミングを設定でき、エンジン２００の燃焼効率が向上させることが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば作用角及びリフト量を可変とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

この種の内燃機関に備わる可変動弁機構は、回転数、負荷等の運転状況に応じて、吸気弁及び排気弁の夫々を開閉するバルブタイミングを変更し、各運転状態における出力や燃費等の向上を図っている。吸気弁の開弁特性のうち作用角及びリフト量は、例えば、揺動カムを用いて連続的に変更可能になっている。内燃機関の運転状態が低負荷又は中負荷であるときにスロットル弁を高開度状態に制御するとともに、吸気弁の閉弁タイミングやリフト量を制御して各気筒に吸入される吸気量を調整する内燃機関も知られている。特許文献１は、可変バルブタイミング機構により吸気弁の作動タイミングが調整された場合でも、その閉弁時の吸気量を正確に予測できる技術を開示している。

特開平８−２８４７３７号公報

しかしながら、吸気弁の作用角及びリフト量を変更可能な可変動弁機構によれば、車両の加速及び減速時の夫々において、内燃機関が備える各気筒に吸気される吸気量の推定が困難であり、加速或いは減速時において燃焼室に噴射される燃料が過剰になったり（リッチ状態）、不足したり（リーン状態）する問題点が生じる。

より具体的には、例えば、車両の加速或いは減速時にように、一定の速度で走行する車両の速度が変化する際には、吸気弁の作用角及びリフト量の変化に対応して吸気弁のリフトカーブが変形するため、予め推定されたリフトカーブに基づいて吸気弁の作用角及びリフト量を特定することが困難であり、燃料の噴射量を特定するために参照される吸気量を推定することが困難になる。よって、実際に気筒に吸入される吸気量に応じて、適切な噴射量及び噴射タイミングで燃料を噴射することが困難になる。

このような問題点を解決するために、例えば、加速時等に生じる吸気量の変化に応じて燃料の噴射量、或いは噴射タイミングを調整することも可能であるが、噴射される燃料の噴射量、或いは噴射タイミングを調整する調整手段が必要となるうえ、内燃機関を制御するための制御手順も煩雑化してしまう。

よって、本発明は上記問題点等に鑑みてなされたものであり、例えば、車両の加速或いは減速時に各気筒に噴射される燃料が過剰になったり、不足したりすることを低減できる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、複数の気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁と、該複数の吸気弁の夫々を開閉可能な可変動弁機構とを備えた内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、前記複数の吸気弁が閉じている閉期間において、前記複数の気筒のうち前記複数の吸気弁に含まれる一の吸気弁が開いている一の開期間に吸気される一の気筒の吸気量を推定する推定手段と、前記一の開期間において、前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しない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。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、可変動弁機構は、内燃機関の動作時に、複数の吸気弁の夫々を開閉可能な機構である。より具体的には、例えば、可変動弁機構は、吸気弁及び排気弁を開閉するタイミングを夫々変更でき、吸気弁及び排気弁の夫々が開いている期間を変更可能な機構である。このような可変動弁機構は、例えば、内燃機関が直列４気筒型のエンジンである場合には、これら４つの気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁を共通の機構によって開閉できる。内燃機関が一対のバンクを有するＶ型エンジンである場合には、Ｖ型エンジンにおける左右の気筒群のうち一方の気筒群を構成する複数の気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁を共通の機構で開閉する。

推定手段は、複数の吸気弁が閉じている閉期間において、複数の気筒のうち複数の吸気弁に含まれる一の吸気弁が開く一の開期間に吸気される一の気筒の吸気量を推定する。ここで、「閉期間」とは、複数の吸気弁の全てが閉まっている期間をいう。したがって、閉期間では、各気筒に吸気が行なわれない。「一の開期間」とは、一の吸気弁が開いている期間をいう。より具体的には、「一の開期間」は、例えば、閉期間の経過後に最初に到来する開期間を意味する。推定手段は、一の開期間が到来するに先んじて、一の開期間において一の吸気弁に対応した一の気筒に吸気される吸気量を推定する。

制御手段は、一の開期間において、一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御する。したがって、一の開期間では、一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化することによって生じる吸気量の変化を低減できる。より具体的には、例えば、制御手段によれば、内燃機関をエンジンとして搭載した車両が加速或いは減速する際に、各気筒に吸入される吸気量が変化することを低減できる。

ここで、推定手段が、一の開期間が到来するに先んじて一の開期間における吸気量を推定しているため、一の気筒に噴射される燃料の噴射量及び噴射タイミングが、推定された吸気量に基づいて特定可能になる。したがって、一の気筒において、燃料が過剰な状態（リッチ状態）或いは不足した状態（リーン状態）にならないように、適切な空燃比、及び燃焼タイミングで燃料を燃焼させることが可能になる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないため、予め推定された吸気量に基づいて特定された燃料噴射量及び噴射タイミングで効率良く燃料を燃焼させることが可能になる。加えて、一の開期間において変化する一の吸気弁の作用角等に応じて、燃料の噴射量及び噴射タイミングを調整する場合に比べて、効率良く燃料を燃焼させつつ、内燃機関を制御するための制御手順を簡略することも可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記推定手段は、吸気管に設けられたスロットル弁のスロットル開度と、前記吸気管の吸気圧と、前記閉期間において検出された前記一の吸気弁の作用角とに基づいて前記吸気量を推定してもよい。

この態様によれば、一の開期間における吸気量を直接計測できないため、スロットル開度、吸気圧、及び閉期間における一の吸気弁の作用角に基づいて、間接的に吸気量を推定できる。より具体的には、推定手段は、例えば、予めスロットル開度及び吸気圧に基づいて作用角に応じた吸気量を推定可能なデータマップを作成しておき、吸気量を推定する際に当該データマップを参照する。このようなデータマップは、例えば、車両が備える電子制御ユニット（ECU：Engine Control Unit、以下ECUと称す。）として、或いはその一部として設けられた推定手段が有するメモリ等の記憶手段に記憶されており、必要に応じて読み出され、参照される。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記閉期間が所定の期間以下である場合に、前記一の開期間の初期において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量を変化させるように前記可変動弁機構を制御してもよい。

この態様によれば、「所定の期間」とは、例えば車両の加速或いは減速に応じて要求される一の吸気弁の作用角及びリフト量の時間当りの変化量が、可変動弁機構が変化させることができる時間当りの変化量を超えていると判定されうるほど短い期間をいう。閉期間が所定の期間以下、言い換えれば、閉期間が所定の期間より短い場合には、一の開期間に一の吸気弁の作用角及びリフト量を変化させないように可変動弁機構を制御しても、可変動弁機構の動作を、車両の加速或いは減速に応じて変化させるべき作用角及びリフト量に合わせることができなくなる。

そこで、この態様では、制御手段は、閉期間が所定の期間以下である場合に、一の開期間の初期において一の吸気弁の作用角及びリフト量を変化させるように可変動弁機構を制御する。通常、気筒に吸入される吸気量は、吸気弁が閉まるタイミングによって大きく影響を受けるため、閉期間が短くなった場合でも、一の開期間の初期に一の吸気弁を開くことによって、当該一の気筒の吸気量と、予め推定された吸気量との差が小さくできる。したがって、この態様によれば、推定された吸気量に基づいて、適切な噴射量及び噴射タイミングで燃料を燃焼させることが可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記一の開期間と、前記複数の吸気弁に含まれる他の吸気弁が開く他の開期間とが相互に重なる場合に、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しなくてもよい。

この態様によれば、例えば内燃機関が直列４気筒からなるエンジンである場合、吸気弁が、クランク角に対して作用角が１８０度以上になるような大作用角で開閉されると、一の吸気弁が開く一の開期間と、他の吸気弁が開く他の開期間とが相互に重なってしまい、複数の吸気弁の全てが閉じている閉期間が確保されなくなる。このような大作用角によって吸気弁が開閉される場合には、吸気弁の作用角変化に応じた吸気量の変化は閉期間が確保されるような小さい作用角で吸気弁が開閉される場合に比べて相対的に小さくなるため、制御手段が、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御しなくても、適切に燃料を燃焼させることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関を搭載した車両の減速時にフューエルカット条件が成立した場合には、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しなくてもよい。

この態様によれば、燃料を各気筒に供給しなくてもよいため、制御手段は、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御しない。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記可変動弁機構は、前記一の吸気弁の作用角及びリフト量を変更するアクチュエータを備え、前記制御手段は、前記アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合には、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しなくてもよい。

この態様によれば、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量を変化させないようにした後、他の開期間が到来するまでの閉期間において作用角及びリフト量を変化させることになり、アクチュエータの動作、及び非動作が繰り返し行なわれることになる。このように動作、及び非動作が繰り返し行なわれた場合、例えば、アクチュエータの駆動源であるモータの負荷が増大してしまう。そこで、この態様では、アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合には、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御しない。尚、「所定の温度」は、理論的、或いは実験的に、又はシミュレーション的に個別具体的に設定される。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の回転数以上である場合に、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しなくてもよい。

この態様によれば、複数の吸気弁が閉じている閉期間は、内燃機関の回転数が上昇するに伴って短くなるため、可変動弁機構は、閉期間の減少に応じて高速、且つ頻繁にその動作、及び非動作を繰り返し行なうことになる。制御手段は、例えば、可変動弁機構が備えるアクチュエータを駆動するためのモータが適切に動作できるように、内燃機関の回転数が所定の回転数以上である場合に、一の開期間において一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御しない。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る内燃機関の制御装置の各実施形態を説明する。

先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成を説明する。ここに、図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関（即ち、エンジン）の制御装置の模式的な平面図である。

図１において、本発明に係る「内燃機関」の一例としてのエンジン２００には、吸気管２０６、シリンダ２０１、排気管２１０、ターボ過給機（即ち、コンプレッサ４１及びタービン４２）、可変動弁機構１０、本発明の「内燃機関の制御装置」の一例である制御装置１００等が備られている。尚、図１では、説明の便宜上、エンジン２００の気筒を一つのみ図示しているが、エンジン２００は、４つの気筒を含む直列４気筒のエンジンである。これら複数の気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁２０３及び複数の排気弁２０４は、共通の可変動弁機構１０によってリフト量及び作用角（即ち、リフト期間）を変更可能に構成されている。

吸気管２０６は、エンジン２００の動作時に、吸気弁２０３の開閉によってシリンダ２０１内部との連通状態が制御されている。即ち、吸気管２０６において、外部から吸入された空気（即ち、吸入空気）と、燃料噴射装置であるインジェクタ２１１から噴射された燃料とが混合され（即ち、混合気を形成し）、吸気弁２０３を介してシリンダ２０１に供給される。アクセルポジションセンサ２１６は、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量、即ちアクセル開度を検出する。このアクセル開度に基づいて、エンジン２００を搭載した車両に加速要求がされたか否かが判断される。スロットルバルブモータ２１７は、その踏み込み量に基づいてスロットル弁２１４を開閉駆動する。スロットル弁２１４は、吸気管２３４からシリンダ２０１内部へ送り込む空気量を調節する。サージタンク１１１は、各気筒へ送り込む空気を分配する他、分配される空気の圧力変動を抑制する。スロットルポジションセンサ２１５は、スロットル弁２１４の開度を検出する。

シリンダ２０１は、その内部において、吸気管２０６から送られてきた混合気を、点火プラグ２０２により燃焼させることが可能に構成されている。この燃焼により、ピストン２０５は、シリンダ２０１内で上下に往復運動する。この往復運動がクランクシャフト２１９の回転運動に変換され、当該エンジン２００が搭載された車両を駆動可能に構成されている。クランクポジションセンサ２１８は、クランクシャフト２１９の回転角（即ち、クランク角）を検出する。

排気管２１０は、シリンダ２０１内部で発生する排気ガスを、排気弁２０４を介して排気することが可能に構成されている。空燃費センサ２２１は、排気ガスの空燃比Ａ／Ｆ２を検出して、制御装置１００へ伝達可能に構成されている。こうして検出された空燃比Ａ／Ｆ２は、例えばインジェクタ２１１によって噴射される燃焼量のフィードバック補正に利用される。

ターボ過給機は、コンプレッサ４１及びタービン４２を備えてなる。タービン４２は、排気管２１０に配設されており、排気ガスの運動エネルギを受けて回転させられ、このタービン４２の回転トルクをコンプレッサ４１の回転に変換可能に構成されている。コンプレッサ４１は、吸気管２３４に配設されており、その回転によって吸気を圧縮させる（過給する）ことが可能である。

可変動弁機構１０は、例えばＶＶＴ−ｉであり、制御装置１００の制御下で、吸気弁２０３及び排気弁２０４の動弁特性を変更可能に構成されている。加えて、可変動弁機構１０は、アクチュエータによって駆動されるカムバイワイヤ（ＣａｍｂｙＷｉｒｅ）、或いは電磁駆動弁等の各気筒に共通の駆動手段によって、エンジン２００を構成する複数の気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁２０３及び複数の排気弁２０４のリフト量及び作用角を変更可能に構成されている。

制御装置１００は、本発明に係る「制御手段」の一例を構成する吸気弁制御部１１０及び排気弁制御部１２０、並びに本発明の「推定手段」の一例である吸気量推定部１３０を備えて構成されており、エンジン２００の動作全体を制御する。吸気弁制御部１１０、排気弁制御部１２０及び吸気量推定部１３０は、周知の電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）、中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ（Read Only Memory：ＲＯＭ）、各種データを格納する随時書き込み読み出しメモリ（Random Access Memory：ＲＡＭ）等を中心とした論理演算回路として構成されている。

吸気弁制御部１１０、排気弁制御部１２０及び吸気量推定部１３０は、各種センサからの入力信号（例えば、アクセル開度、スロットル開度、エンジン２００の回転数Ｎｅ、クランク角ＣＡ、空燃費Ａ／Ｆ２、吸気管内の吸気圧等）を受ける入力ポート及び、各種アクチュエータ（例えば、可変動弁機構１０、スロットルバルブモータ２１７等）に制御信号を送る出力ポートに対して、バスを介して電気的に接続されている。

吸気弁制御部１１０は、エンジン２００を搭載した車両に対して運転者から加速或いは減速要求が行なわれた際に、後に詳細に説明するように可変動弁機構１０に対して所定の制御処理を行なう。排気弁制御部１２０は、可変動弁機構１０の動作を制御することによって各気筒に対応した設けられた排気弁２０４の開閉動作を調整する。吸気量推定部１３０は、各気筒、即ちシリンダ２０１に吸入される吸気量を推定する。

次に、図２乃至図４を参照しながら、エンジン２００の動作時に、エンジン２０を搭載した車両に対して運転者から加速或いは減速要求がなされた場合に、制御装置１００がエンジン２００に対して実行する内燃機関の制御方法を説明する。図２は、制御装置１００によって実行される内燃機関の制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。図３は、吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクランク角度に対して概念的に示した概念図の一例である。図４は、作用角及びリフト量、リフト量変化、吸気管圧、並びに吸気量の夫々をクランク角に対して概念的に示した概念図である。

尚、以下では、エンジン２００が有する４つの気筒（第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４及び第２気筒♯２の順に吸気弁２０３が開く開期間が到来するものとし、第１気筒♯１に対応する吸気弁２０３に開期間が到来する直前、より具体的には、第１気筒♯１に対応する吸気弁２０３の開期間の直前における当該吸気弁２０３の閉期間に加速要求がされた場合を例に挙げる。また、図３において、両端に矢印を付した太線で規定される期間が、吸気弁の開期間を示しており、図中ハッチングして示した期間が、全ての吸気弁が閉じている閉期間である。

図２及び図３において、本発明の「一の気筒」の一例である第１気筒♯１の吸気量を規定する吸気弁２０３が開く、本発明の「一の開期間」の一例である開期間Ｔ１１の直前の閉期間Ｃ１において、運転者がアクセルペダル２２６を踏み込み、エンジン２００を搭載した車両に対して加速要求が行なわれる。運転者による加速要求が行なわれると、吸気量推定部１３０は、第１気筒♯１に吸入される吸気量を推定する（ステップＳ１００）。より具体的には、吸気量推定部１３０は、スロットル弁２１４のスロットル開度と、吸気管２３４及び２０６の吸気圧と、閉期間Ｃ１において検出された吸気弁２０３の作用角とに基づいて、閉期間Ｃ１の直後に到来する吸気弁２０３の開期間Ｔ１１に第１気筒♯１に吸入される吸気量を推定する。閉期間Ｃ１と、閉期間Ｃ１の後に到来する他の閉期間Ｃ２、Ｃ３及びＣ４とは、エンジン２００が有する４つの気筒の夫々に対応する吸気弁の全てが閉じている期間である。閉期間Ｃ１、並びに他の閉期間Ｃ２、Ｃ３及びＣ４の夫々においては、吸気弁が開いている場合に比べて吸気管内圧が安定しているため、各気筒の吸気量を正確に推定できる。

ここで、吸気量推定部１３０が、第１気筒♯１の吸気量を推定する手順を詳細に説明する。吸気量推定部１３０は、スロットルポジションセンサ２１５を介してスロットル弁２１４のスロットル開度の測定値に関するデータを取得する。吸気量推定部１３０は、不図示の吸気管圧センサを介して吸気管内の空気の圧力の測定値に関するデータを取得する。吸気量推定部１３０は、吸気弁制御部１１０を介して吸気弁２０３の作用角及びリフト量に関するデータを取得する。吸気量推定部１３０は、スロットル開度及び吸気管内圧に応じて吸気量を推定可能な複数のデータマップをメモリ等の記憶手段に記憶しており、取得したスロットル開度及び吸気管内圧に対応したデータマップを当該複数のデータマップから選択する。吸気量推定部１３０は、当該選択されたデータマップと、吸気弁２０３について取得された作用角及びリフト量とに基づいて、第１気筒♯１に吸入される吸気量を推定する。

次に、吸気弁制御部１１０は、全ての吸気弁が閉じているか否かを判定する（ステップＳ２００）。即ち、吸気弁制御部１１０は、閉期間Ｃ１が終了したか否かを判定する。全ての吸気弁が閉じていると判定された場合には、再度ステップＳ１００において最新のスロットル開度、吸気管内圧、及び吸気弁の作用角に関して取得されたデータに基づいて再度吸気量を推定する。

全ての吸気弁が閉じていないと判定された場合、即ち第１気筒♯１に対応する吸気弁の開期間Ｔ１１が到来したと判定された場合には、吸気弁制御部１１０は、吸気弁の作用角及びリフト量が開期間Ｔ１１において変化しないように、吸気弁の作用角及びリフト量の変更を禁止する（ステップＳ３００）。より具体的には、吸気弁制御部１１０は、吸気弁の作用角及びリフト量が変更されないように可変動弁機構１０を制御する。

したがって、開期間Ｔ１１においては、吸気弁の作用角及びリフト量は一定に維持されるため、吸気弁の作用角及びリフト量の変化に応じて第１気筒♯１に吸入される吸気量が予め推定された推定値から乖離することを低減でき、開期間Ｔ１１における吸気量を予め正確に推定できる。このように開期間における吸気量を正確に推定することによって、吸気量に応じて最適な燃焼効率を実現可能なように燃料の噴射量及び噴射タイミングを設定することが可能になる。

尚、燃料は、制御装置１００の制御下で、開期間の直前である閉期間の終了間際の所望のタイミングで吸気量に応じた適切な量だけ噴射される。ステップＳ３００が実行された後、第１気筒♯１については、一旦制御装置１００による内燃機関の制御方法を実行が終了し、続いて、第２気筒♯２、第３気筒♯３及び第４気筒♯４の開期間Ｔ３１、Ｔ４１及びＴ２１の夫々について第１気筒♯１と同様にステップＳ１００乃至ステップＳ３００が実行される。これにより、作用角及びリフト量は、開期間において作用角等を一定に維持しない場合の変化線Ｂ０と異なり、作用角及びリフト量がＡからＡ２まで変化するステップ形状の変化線Ｂ１によって示すように変化する。

ここで、図４を参照しながら、吸気弁の開期間において吸気弁の作用角及びリフト量を一定に維持しない場合に吸気量を正確に推定することが困難になる理由を詳細に説明する。尚、図４（ａ）乃至（ｄ）では、各図の夫々の横軸（クランク角）は互いに等しいスケールで表示してある。

図４（ａ）に示すように、吸気弁の開期間において、吸気弁の作用角及びリフト量を変化させた際に作用角及びリフト量が取り得る値のうち２つの選択値Ｑ１及びＱ２を特定する。

図４（ｂ）に示すように、開期間Ｔ１１において吸気弁が取り得るリフト量を上述の選択値Ｑ１及びＱ２に基づいて推定した場合、推定されたリフト量は、選択値Ｑ１及びＱ２の夫々に対応して互いに異なるリフトカーブＬ１及びＬ２として推定される。しかしながら、開期間Ｔ１１において作用角及びリフト量を一定に維持することなく、吸気弁の作用角及びリフト量が実際に取り得る値に基づいてリフトカーブを特定した場合には、実際に吸気弁の作用角及びリフト量が取り得るリフトカーブは、図４（ｂ）中実線で示すリフトカーブＬ４となる。

また、図４（ｃ）に示すように、吸気管内圧は、クランク角が進角するにつれて増大する。図４（ｂ）に示したリフトカーブＬ１又はＬ２と、図４（ｃ）に示した吸気管内圧とに基づいて開期間Ｔ１１における第１気筒♯１の吸気量を推定した場合、吸気量の推定値Ｇ２と、実際に第１気筒♯１に吸入される実吸気量Ｇ１とは一致しない。このように、吸気弁の開期間において吸気弁の作用角及びリフト量がクランク角に対して変化した場合には、予め各気筒に吸入される吸気量を正確に推定することが困難になる。特に、エンジン２００を搭載した車両に対して加速要求が行なわれた場合には、クランク角に対して変化させるべき吸気弁の作用角及びリフト量の変化量が大きくなるため、予め推定された吸気量と、実際に各気筒に吸入され吸気量との誤差は大きくなる。

そこで、制御装置１００によって実行可能な内燃機関の制御方法よれば、吸気弁の開期間において吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように、即ち一定に維持することによって、開期間において各気筒に吸気される吸気量が、吸気量の推定値から乖離することを低減できる。したがって、制御装置１００によって実行される内燃機関の制御方法によれば、予め正確に推定された吸気量に応じて燃料の適切な噴射量及び噴射タイミングを設定でき、エンジン２００の燃焼効率が向上させることが可能である。

尚、図３に示すように、制御装置１００は、開期間Ｔ１１の直後の閉期間Ｃ２において、作用角及びリフト量を値ａ１から値ａ２に変化させる。即ち、制御装置１００は、吸気弁の開期間において作用角及びリフト量を変化させない分、閉期間において作用角及びリフト量を変化させ、作用角及びリフト量の初期値Ａ１から目標値Ａ２まで変化させる。このように作用角及びリフト量を変化させた変化線Ｂ１のうち各開期間の開始タイミングと交差する点は、作用角及びリフト量をクランク角に対して一様に増大させた場合の変化線と重なるため、作用角及びリフト量の変化は、結果的に車両に対する加速要求に応じて作用角及びリフト量を変化させた場合と同様になる。

尚、本実施形態では、開期間Ｔ１１に吸入される吸気量について詳細に説明したが、図３に示すように、第３気筒♯３、第４気筒♯４、及び第２気筒♯２の夫々に対応した吸気弁の開期間Ｔ３１、Ｔ４１及びＴ２１において、各吸気弁の作用角及びリフト量を一定にし、これら開期間Ｔ３１、Ｔ４１及びＴ２１の夫々の直前の閉期間Ｃ２、Ｃ３及びＣ４において正確に推定された吸気量に応じて、燃料が過剰な状態（リッチ状態）或いは不足した状態（リーン状態）にならない適切な空燃比及び噴射タイミングで燃料が噴射され、エンジン２００全体で効率良く燃料を燃焼させることが可能である。

加えて、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、各吸気弁の開期間において、吸気弁の作用角等に応じて燃料の噴射量及び噴射タイミングを調整する場合に比べて、効率良く燃料を燃焼させつつ、内燃機関を制御するための制御手順を簡略することも可能である。

尚、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、エンジン２００を搭載した車両の減速時にフューエルカット条件が成立した場合には、燃料を各気筒に供給しなくてもよい。したがって、吸気弁制御部１１０は、吸気弁が開いている開期間において吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように、即ち一定になるように可変動弁機構１０を制御しない。

また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、可変動弁機構１０が、吸気弁の作用角及びリフト量を変更するアクチュエータを備えている場合、吸気弁の開期間において当該吸気弁の作用角及びリフト量を変化させないようにした後、他の吸気弁の開期間が到来するまでの閉期間において当該吸気弁の作用角及びリフト量を変化させることになり、アクチュエータの動作、及び非動作が繰り返し行なわれることになる。このように動作、及び非動作が繰り返し行なわれた場合、アクチュエータの駆動源であるモータの負荷が増大してしまう。

そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、吸気弁制御部１１０は、アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合に、吸気弁の開期間において当該吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように、即ち一定になるように可変動弁機構１０を制御しない。したがって、動作及び非動作が繰り返し行なわれることによるアクチュエータの温度上昇を低減できる。尚、「所定の温度」は、理論的、或いは実験的に、又はシミュレーション的に個別具体的に設定される。

また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、複数の吸気弁が閉じている閉期間は、内燃機関の回転数が上昇するに伴って短くなるため、可変動弁機構１０は、吸気弁の閉期間の減少に応じて高速、且つ頻繁にその動作、及び非動作を繰り返し行なうことになる。したがって、例えば、可変動弁機構１０が備えるアクチュエータを駆動するためのモータが適切に動作できるように、吸気弁制御部１１０は、エンジン２００の回転数が所定の回転数以上である場合に、開期間において吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構１０を制御しない。

（変形例１）
次に、図５乃至図７を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の変形例によって実行される内燃機関の制御方法を説明する。尚、以下で説明する各変形例に係る内燃機関の制御装置の構成は、上述した本実施形態に係る内燃機関の制御装置と同様であり、各構成要素が行なう制御が異なるのみである。したがって、以下では、上述した本実施形態に係る内燃機関の制御装置と共通する部分に共通の参照符号を付し、詳細な構成の図示を省略する。また、以下で説明する各変形例に係る内燃機関の制御装置によって実行される内燃機関の制御方法の各手順のうち上述した実施形態と同様の手順については同様の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図５は、本例に係る内燃機関の制御装置によって実行可能な内燃機関の制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。図６は、吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクランク角度に対して概念的に示した概念図の例である。図７は、作用角、吸気弁におけるガス流速、及び筒内吸気量の夫々のクランク角に対する変化を概念的に示した概念図である。

図５及び図６において、吸気弁制御部１１０は、全ての吸気弁２０３が閉じている閉期間Ｃ１が所定の期間以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。「所定の期間」とは、エンジン２００を搭載した車両の加速或いは減速に応じて要求される吸気弁２０３の作用角及びリフト量の時間当りの変化量が、可変動弁機構１０が変化させることができる作用角及びリフト量の時間当りの変化量の限界値をいう。

次に、閉期間Ｃ１が所定の期間より短いと判定された場合（Ｎｏ）には、第１実施形態と同様に、吸気量推定部１３０が、開期間Ｔ１１において第１気筒♯１に吸入される吸気量を推定する（ステップＳ１００）。

次に、吸気弁制御部１１０は、全ての気筒が閉じているか否かを判定する（ステップＳ２００）。即ち、吸気弁制御部１１０は、閉期間Ｃ１が終了したか否かを判定する。全ての吸気弁が閉じていると判定された場合には、再度ステップＳ１００においてスロットル開度、吸気管内圧、及び吸気弁の作用角に関して取得された最新のデータに基づいて再度吸気量を推定する。

全ての吸気弁が閉じていないと判定された場合、即ち第１気筒♯１に対応する吸気弁の開期間Ｔ１１が到来したと判定された場合には、吸気弁制御部１１０は、吸気弁の作用角及びリフト量が開期間Ｔ１１において変化しないように、吸気弁の作用角及びリフト量の変更を禁止する（ステップＳ３００）。より具体的には、吸気弁制御部１１０は、吸気弁２０３の作用角及びリフト量を変更されないように可変動弁機構１０を制御し、一旦第１気筒♯１に対応した吸気弁２０３に対する制御を終了する。

一方、ステップＳ１０において、吸気弁制御部１１０によって、全ての吸気弁２０３が閉じている閉期間Ｃ１が所定の期間以下であると判定されなかった場合（Ｙｅｓ）には、吸気弁制御部１１０は、閉期間Ｃ１において、ステップＳ１００と同様の手順により第１気筒♯１の吸気量を推定した（ステップＳ１５）後、第１気筒♯１に対応した吸気弁２０３について開期間Ｔ１１における作用角及びリフト量を変更する（ステップＳ２０）。より具体的には、図６に示すように、クランク角の変化量ΔＣＡに対する作用角及びリフト量の変化量ΔＡが、閉期間Ｃ１において可変動弁機構１０によって変化させることができる変化量の限界値を超えている場合には、吸気弁制御部１１０は、開期間Ｔ１１の初期において作用角及びリフト量を変化させるように可変動弁機構１０を制御する。その理由は、閉期間Ｃ１が所定の期間以下、即ち、所定の期間より短い場合には、開期間Ｔ１１において、吸気弁２０３の作用角及びリフト量を変化させないように可変動弁機構１０を制御しても、車両の加速或いは減速に応じて作用角及びリフト量を変化させることができなくなるからである。

ここで、図７を参照しながら、開期間Ｔ１１の終期ではなく初期において、吸気弁の作用角及びリフト量を変化させる理由を説明する。尚、図７中、クランク角における開弁タイミングから閉弁タイミングまでの期間は、吸気弁が開いている開期間であり、図７（ａ）乃至（ｃ）では、クランク角を相互に同じスケールで示している。図７（ａ）乃至（ｃ）では、作用角及びリフト量を一定に維持した場合の作用角、吸気弁におけるガス流速、及び筒内吸気量の変化を破線で示し、作用角及びリフト量を開期間の途中から一定にした場合の作用角、吸気弁におけるガス流速、及び筒内吸気量の変化を実線で示している。

図７（ｂ）に示すように、本例では、開期間において作用角が一定に維持された場合（図７（ａ）中の破線Ｂ３）のガス流速の変化線Ｄ３と、開期間の途中から一定にした場合、即ち開期間の初期において作用角及びリフト量を変化させた場合（図７（ａ）中の実線Ｂ４）のガス流速の変化線Ｄ４との差が、開期間の終期に比べて初期において相対的に小さくなる。このように、通常、気筒に吸入される吸気量は、吸気弁が閉まるタイミングによって大きく影響を受ける。

また、図７（ｃ）に示す筒内吸気量の変化線Ｅ３及びＥ４をみれば分かるように、開期間の初期において作用角等を増大させたとして、閉弁タイミングにおいて気筒内に吸気される吸気量は略同等になる。

したがって、閉期間Ｃ１が短い場合でも、開期間Ｃ１の初期に吸気弁２０３の作用角及びリフト量を変化させることによって、第１気筒♯１の吸気量と、予め推定された吸気量との差を小さくでき、推定された吸気量に基づいて、適切な噴射量及び噴射タイミングで燃料を燃焼させることが可能である。

第１気筒♯１に対する吸気が終了すると、第１気筒♯１に対応した吸気弁２０３の制御が一旦終了する。これに続いて、第３気筒♯３、第４気筒♯４、及び第２気筒♯２の夫々に対応した吸気弁についても、第１気筒♯１に対応した吸気弁に対する制御と同様の制御が行なわれることによって、各気筒の吸気量を正確に推定でき、推定された吸気量に基づいてエンジン２００全体で効率良く燃料を燃焼させることが可能である。尚、図６では、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、及び第２気筒♯２の夫々に対応した吸気弁の閉期間の全てが所定の期間より短い場合を例に挙げ、作用角及びリフト量のクランク角に対する変化を示す変化線Ｂ１−１を図示しているが、本例に係る内燃機関の制御装置によれば、これら複数の気筒の夫々に対応した吸気弁が開いている開期間相互を時間的に隔てる複数の閉期間のうち少なくとも一つの閉期間が所定の期間より短い場合であれば、当該閉期間の直後に到来する開期間の初期において吸気弁を変化させるように可変動弁機構１０を制御することも可能である。

（変形例２）
次に、図８を参照しながら、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の他の変形例を説明する。図８は、吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクランク角度に対して概念的に示した概念図の他の例である。

図８に示すように、本例に係る内燃機関の制御装置の一部を構成する吸気弁制御部１１０は、時間的に相前後する２つの吸気弁の夫々の開期間が相互に重なる場合に、これら２つの吸気弁のうち先に開期間が到来する吸気弁の開期間において当該吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構を制御しない。

より具体的には、エンジン２００が直列４気筒からなるエンジンである場合、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、及び第２気筒♯２の夫々に対応した４つの吸気弁の夫々が、クランク角に対して１８０度以上の作用角で開閉されると、開期間Ｔ１１−２及びＴ３１−２が相互に重なってしまう。これと同様に、開期間Ｔ３１−２及びＴ４１−２、並びに開期間Ｔ４１−２及びＴ２１−２の夫々も相互に重なり、複数の吸気弁の全てが閉じている閉期間が確保されなくなる。このような大作用角によって吸気弁が開閉される場合には、吸気弁の作用角変化に応じた吸気量の変化は閉期間が確保されるような小さい作用角で吸気弁が開閉される場合に比べて相対的に小さくなる。したがって、吸気弁制御部１１０は、開期間において吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように可変動弁機構１０を制御せず、作用角及びリフト量の変化を示す変化線Ｂ１−２は、クランク角に対して作用角及びリフト量がＡ１からＡ２になるまで一様に増加する。このような場合、通常、吸気量の推定値と実際の吸気量との差は小さいため、エンジン２００は吸気量の推定値の基づいて適切に燃料を燃焼させることができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の模式的な平面図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置によって実行可能な内燃機関の制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。 吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクラック角度に対して概念的に示した概念図の一例である。 作用各／リフト量、リフト量変化、吸気管圧、及び吸気量の夫々をクランク角に対して概念的に示した概念図である。 本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の一変形例によって実行可能な内燃機関の制御方法の主要な処理ルーチンを示したフローチャートである。 吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクラック角度に対して概念的に示した概念図の他の例である。 作用角、吸気弁におけるガス流速、及び吸気量の夫々をクランク角に対して概念的に示した概念図である。 吸気弁の作用角及びリフト量と、各気筒における吸気弁の開閉期間とをクラック角度に対して概念的に示した概念図の他の例である。

符号の説明

１００・・・制御装置、１１０・・・吸気弁制御部、１２０・・・排気弁制御部、１３０・・・吸気量推定部、２００・・・エンジン、２０１・・・シリンダ

Claims (7)

1. 複数の気筒の夫々に対応して設けられた複数の吸気弁と、該複数の吸気弁の夫々を開閉可能な可変動弁機構とを備えた内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   前記複数の吸気弁が閉じている閉期間において、前記複数の気筒のうち前記複数の吸気弁に含まれる一の吸気弁が開いている一の開期間に吸気される一の気筒の吸気量を推定する推定手段と、
   前記一の開期間において、前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記推定手段は、吸気管に設けられたスロットル弁のスロットル開度と、前記吸気管の吸気圧と、前記閉期間において検出された前記一の吸気弁の作用角とに基づいて前記吸気量を推定すること
   を備えた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。
3. 前記制御手段は、前記閉期間が所定の期間以下である場合に、前記一の開期間の初期において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量を変化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又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記一の開期間と、前記複数の吸気弁に含まれる他の吸気弁が開く他の開期間とが相互に重なる場合に、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しないこと
   をことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記内燃機関を搭載した車両の減速時にフューエルカット条件が成立した場合には、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しないこと
   を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記可変動弁機構は、前記一の吸気弁の作用角及びリフト量を変更するアクチュエータを備え、
   前記制御手段は、前記アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合には、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しないこと
   を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定の回転数以上である場合に、前記一の開期間において前記一の吸気弁の作用角及びリフト量が変化しないように前記可変動弁機構を制御しないこと
   を特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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