JP2009180115A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁の開弁タイミングを適切に制御することにより、ポンピングロスおよび既燃ガスの吹き戻しの低減によって、安定した吸入空気量が得られ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関３の制御装置１では、排気弁９の閉弁タイミングを排気側可変動弁機構６０で変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御し、内燃機関３の吸気弁８の開弁タイミングを吸気側可変動弁機構４０で変更する。また、吸気行程の開始時のピストン３ｂの上死点から吸気弁８の開弁タイミングまでの期間の長さが、排気弁９の閉弁タイミングから上死点までの期間の長さと等しくなるように、吸気弁８の開弁タイミングの目標となる目標開弁タイミングＣＡＩＮＶＯを設定し、この目標開弁タイミングに基づいて、吸気側可変動弁機構を制御する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来のこの種の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、圧縮着火燃焼時、排気弁が完全に閉弁した後に吸気弁を開弁する、いわゆる排気弁と吸気弁との負のオーバーラップ量を設定し、それに応じて排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングを変更することによって、気筒内に残留する既燃ガスの量（以下「内部ＥＧＲ量」という）を制御し、それにより、作動ガス（燃焼前の空気と燃料との混合ガス）の温度を圧縮着火可能な温度に制御している。具体的には、吸気温に応じて、圧縮行程の開始時の作動ガスの温度を算出し、この作動ガスの温度が圧縮着火可能な温度になるように目標内部ＥＧＲ量を算出する。そして、この目標内部ＥＧＲ量に基づいて負のオーバーラップ量を算出し、それに応じて排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングが変更される。

以上のように、従来の制御装置では、圧縮着火燃焼時、内部ＥＧＲ量の制御が負のオーバーラップによって行われるとともに、排気弁の閉弁タイミングと吸気弁の開弁タイミングが目標内部ＥＧＲ量に応じて設定される。このため、排気弁の閉弁タイミングから吸気行程の開始時のピストンの上死点に達するまでの期間の長さと、この上死点から吸気弁の開弁タイミングまでの期間の長さが、互いに異なることがある。その場合、ピストンの往復運動に伴って発生するエネルギが十分に相殺されていない状態で吸気弁が開弁されることにより、ポンピングロスが大きくなることで、出力の低下や燃費の悪化を招く。特に、吸気弁の開弁タイミングが早すぎると、既燃ガスが吸気側に吹き戻されることがあり、吸入空気量が安定しないことで、燃焼状態が不安定になったり、トルクの変動が大きくなり、ドライバビリティが低下する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、吸気弁の開弁タイミングを適切に制御することにより、ポンピングロスおよび既燃ガスの吹き戻しの低減によって、安定した吸入空気量が得られ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

特開２００１−２８９０９２号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、ピストン３ｂが上死点に達する前に排気弁９を閉弁することにより気筒３ａ内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関３の制御装置１であって、排気弁９の閉弁タイミングを変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する排気側可変動弁機構（実施形態における（以下、本項において同じ）排気側動弁機構６０）と、内燃機関３の吸気弁８の開弁タイミングを変更する吸気側可変動弁機構（吸気側動弁機構４０）と、ピストン３ｂの上死点から吸気弁８の開弁タイミングまでの期間の長さが、排気弁９の閉弁タイミングから上死点までの期間の長さと等しくなるように、吸気弁８の開弁タイミングの目標となる目標開弁タイミング（開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯ）を設定する目標開弁タイミング設定手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ２６，２７，２９）と、設定された目標開弁タイミングに基づいて、吸気側可変動弁機構を制御する制御手段（ＥＣＵ２）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の制御装置によれば、ピストンが上死点に達する前に閉弁される排気弁の閉弁タイミングを排気側可変動弁機構で変更することによって、気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ量が制御される。また、吸気側可変動弁機構によって吸気弁の開弁タイミングが変更される。この吸気弁の開弁タイミングの目標となる目標開弁タイミングは、ピストンの上死点からの期間の長さが排気弁の閉弁タイミングから上死点までの期間の長さと等しくなるように設定される。設定された目標開弁タイミングに基づいて吸気側可変動弁機構が制御される。これにより、吸気弁の開弁タイミングが、上死点を間にして排気弁の閉弁タイミングからの期間の長さと等しくなる。このため、ピストンの往復運動に伴って発生するエネルギを相殺した最適なタイミングで、吸気弁を開弁することができる。その結果、ポンピングロスおよび既燃ガスの吹き戻しの低減によって、安定した吸入空気量が得られ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度ＡＰ）を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２１、アクセル開度センサ３０、ＥＣＵ２）と、検出された内燃機関の運転状態に応じて、排気弁９の閉弁タイミングの目標となる目標閉弁タイミング（目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣ）を設定する目標閉弁タイミング設定手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ１６）と、排気弁９の実際の閉弁タイミング（実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴ）を検出する実閉弁タイミング検出手段（リフトセンサ２３、排気カム角センサ２４、ＥＣＵ２、図１１のステップ２１）と、をさらに備え、目標開弁タイミング設定手段は、排気弁９の実閉弁タイミングと目標閉弁タイミングとの比較結果に基づいて、排気弁９の実閉弁タイミングおよび目標閉弁タイミングの一方を、排気弁９の閉弁タイミングとして用いることを特徴とする。

この構成によれば、検出された内燃機関の運転状態に応じて、排気弁の閉弁タイミングの目標となる目標閉弁タイミングが設定されるとともに、排気弁の閉弁タイミングが目標閉弁タイミングになるように変更される。また、排気弁の実際の閉弁タイミングが、実閉弁タイミング検出手段によって検出される。そして、これらの目標閉弁タイミングと実閉弁タイミングとの比較結果に基づき、それらの一方を排気弁の閉弁タイミングとして用いることによって、吸気弁の目標開弁タイミングが設定される。これにより、排気弁の目標閉弁タイミングと実閉弁タイミングとの関係に応じ、両者のうちのより適切なものを用いて吸気弁の目標開弁タイミングを設定することができる。

例えば、実閉弁タイミングが目標閉弁タイミングに対して大きくずれているときには、排気弁の閉弁タイミングとして、実閉弁タイミングを用いることによって、吸気弁の開弁タイミングを、排気弁の実際の閉弁タイミングに応じて適切に制御することができる。一方、実閉弁タイミングが目標閉弁タイミングにほぼ一致しているときには、目標閉弁タイミングを用いることによって、実閉弁タイミングが一時的に変動した場合でも、その影響を排除した状態で、吸気弁の開弁タイミングを安定して適切に制御することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の内燃機関３の制御装置１において、内燃機関３は、燃焼モードとして均質燃焼モードおよび成層燃焼モードを有し、燃焼モードの切替中であるか否かを判定する切替判定手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ２４）をさらに備え、目標開弁タイミング設定手段は、排気弁９の実閉弁タイミングと目標閉弁タイミングとの偏差ΔＥＸＶＣの平均値ＥＸＶＣＡＶＥを算出するとともに、燃焼モードの切替中であると判定されたときに、平均値ＥＸＶＣＡＶＥを排気弁９の目標閉弁タイミングに加算した値（補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦ）を、排気弁９の閉弁タイミングとして用いることを特徴とする。

内燃機関の燃焼モードの切替中には、排気弁の目標閉弁タイミングが大きく変更されることがあり、それに対する実閉弁タイミングのずれが大きくなることがある。本発明によれば、排気弁の実閉弁タイミングと目標閉弁タイミングとの偏差の平均値を算出するとともに、燃焼モードの切替中には、この平均値を目標閉弁タイミングに加算した値を排気弁の閉弁タイミングとして用いる。平均値は、目標閉弁タイミングに対する実閉弁タイミングのずれをなました値に相当するため、実閉弁タイミングが目標閉弁タイミングに対して一時的に大きくずれた場合でも、その影響を排除した適切なタイミングで吸気弁の開弁することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態による制御装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３の概略構成を示している。エンジン３は、４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する４気筒のガソリンエンジンであり、車両（図示せず）に搭載されている。

エンジン３のシリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、吸気管４および排気管５が接続されるとともに、燃料噴射弁６および点火プラグ７（図２参照）が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている（いずれも１つのみ図示）。この燃料噴射弁６は、燃焼室３ｄ内の点火プラグ７の近傍に、燃料を直接、噴射するように構成された直噴タイプのものである。燃料噴射弁６の燃料噴射量および燃料噴射時期は、その開弁時間および開弁タイミングをＥＣＵ２（図２参照）で制御することによって、制御される。点火プラグ７の点火時期もまた、ＥＣＵ２によって制御される。また、このエンジン３では、燃焼室３ｄ内に供給された混合気を、点火プラグ７の火花により点火する火花点火燃焼（以下「ＳＩ燃焼」という）と、圧縮着火により着火する圧縮着火燃焼（以下「ＣＩ燃焼」という）が行われ、その切替はＥＣＵ２によって制御される。

また、各気筒３ａには、一対の吸気弁８，８（１つのみ図示）および一対の排気弁９，９（１つのみ図示）が設けられている。吸気弁８は吸気側動弁機構４０によって開閉され、排気弁９は排気側動弁機構６０によって開閉される。以下、図３〜図７を参照しながら、これらの吸気側動弁機構４０および排気側動弁機構６０について説明する。

吸気側動弁機構４０は、吸気弁８のバルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。図４に示すように、吸気側動弁機構４０は、回転自在の吸気カムシャフト４１と、吸気カムシャフト４１に一体に設けられた吸気カム４２と、ロッカアームシャフト４３と、ロッカアームシャフト４３に回動自在に指示されるとともに、吸気弁８，８の上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム４４，４４（１つのみ図示）と、吸気カム位相可変機構５０などを備えている。

吸気カムシャフト４１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト４１が回転すると、ロッカアーム４４、４４が、吸気カム４２で押圧され、ロッカアームシャフト４３を中心として回動することにより、吸気弁８，８が開閉される。

吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「吸気カム位相」という）ＣＡＩＮを、進角側または遅角側に無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００５−３１５１６１号公報で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

この吸気カム位相可変機構５０は、吸気カムシャフト４１の吸気スプロケット側の端部に設けられており、吸気カム位相電磁弁５１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この吸気カム位相電磁弁５１は、ＥＣＵ２に接続されており、ＥＣＵ２からの吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、吸気カム位相ＣＡＩＮを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、吸気弁８のバルブタイミングは、図７に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。

また、吸気カムシャフト４１の吸気カム位相可変機構５０と反対側の端部には、吸気カム角センサ２２（図２参照）が設けられている。この吸気カム角センサ２２は、吸気カムシャフト４１の回転に伴い、パルス信号であるＩＮＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＩＮＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、吸気カム位相ＣＡＩＮを算出する。

一方、排気側動弁機構６０は、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングを無段階に変更する可変動弁機構で構成されている。なお、本実施形態では、排気弁９のリフト（以下「排気リフト」という）は、排気弁９の最大揚程を表すものとする。

図５に示すように、排気側動弁機構６０は、排気カムシャフト６１、排気カム６２、排気リフト可変機構７０および排気カム位相可変機構９０などを備えている。

排気カムシャフト６１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｅに連結されており、クランクシャフト３ｅが２回転するごとに１回転する。

排気リフト可変機構７０は、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸ（図６参照）との間で無段階に変更するものである。その構成は、本出願人が特開２００７−１００５２２号で既に提案したものと同様であるので、以下、その概略を簡単に説明する。

排気リフト可変機構７０は、コントロールシャフト７１およびロッカアームシャフト７２と、これらのシャフト７１、７２上に気筒３ａごとに設けられたロッカアーム機構７３と、これらのロッカアーム機構７３を同時に駆動する排気リフトアクチュエータ８０（図２参照）などを備えている。

このロッカアーム機構７３は、リンク７４ａ、ローラ軸７４ｂ、ローラ７４ｃおよびロッカアーム７５などを備えている。また、排気リフトアクチュエータ８０は、モータおよび減速ギヤ機構（いずれも図示せず）などを組み合わせたものであり、ＥＣＵ２からの後述するリフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸによって駆動されると、コントロールシャフト７１を回動させ、それにより、リンク７４ａをローラ軸７４ｂを中心として回動させる。

このリンク７４ａが図５に実線で示すゼロリフト位置にある場合、排気カムシャフト６１の回転に伴い、排気カム６２によりローラ７４ｃがロッカアームシャフト７２側に押されると、リンク７４ａは、コントロールシャフト７１を中心として、図５の時計回りに回動する。その際、ロッカアーム７５の案内面７５ａがコントロールシャフト７１を中心とする円弧と一致するような形状を有しているので、バルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム７５は図５に示す閉弁位置に保持される。それにより、排気リフトは値０に保持され、排気弁９は閉弁状態に保持される。

一方、リンク７４ａがゼロリフト位置から最大リフト位置（図５の２点鎖線で示す位置）側の位置に回動し、保持されている状態では、排気カム６２の回転により、リンク７４ａがコントロールシャフト７１を中心として図５の時計回りに回動すると、ロッカアーム７５は、バルブスプリングの付勢力に抗しながら、図５に示す閉弁位置から下方に回動し、排気弁９を開弁する。その際、ロッカアーム７５の回動量すなわち排気リフトは、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きくなる。

以上の構成により、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置側に近い位置にあるほど、より大きなリフトで開弁する。より具体的には、排気カム６２の回転中、排気弁９は、リンク７４ａが最大リフト位置にあるときには、図６に実線で示すバルブリフト曲線に従って開弁し、排気リフトは最大リフトＬＥＸＭＡＸになる。したがって、この排気リフト可変機構７０では、排気リフトアクチュエータ８０を介して、リンク７４ａをゼロリフト位置と最大リフト位置との間で回動させることにより、排気リフトを値０と所定の最大リフトＬＥＸＭＡＸとの間で無段階に変化させることができる。また、後述する排気カム位相ＣＡＥＸが同じ場合、排気リフトが大きいほど、排気弁９の開弁タイミングは早くなり、閉弁タイミングは遅くなる。

また、排気リフト可変機構７０には、排気リフトを検出するためのリフトセンサ２３（図２参照）が設けられている。このリフトセンサ２３は、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。排気リフトは、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸから一義的に定まるので、検出された回動角ＳＡＡＥＸは、実際の排気リフトを表す。

一方、排気カム位相可変機構９０は、排気カムシャフト６１のクランクシャフト３ｅに対する相対的な位相（以下「排気カム位相」という）ＣＡＥＸを、進角側または遅角側に無段階に変更するものであり、その構成は、吸気カム位相可変機構５０と同様である。このため、その詳細な説明は省略するが、排気カム位相可変機構９０は、排気カム位相電磁弁９１（図２参照）と、これを介して油圧が供給される進角室および遅角室（いずれも図示せず）などを備えている。この排気カム位相電磁弁９１は、ＥＣＵ２からの排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、進角室および遅角室に供給する油圧を変化させることで、排気カム位相ＣＡＥＸを所定の最遅角値と所定の最進角値との間で無段階に連続的に変化させる。それにより、排気弁９のバルブタイミングは、図７に実線で示す最遅角タイミングと２点鎖線で示す最進角タイミングとの間で、無段階に変更される。

また、排気カムシャフト６１の排気カム位相可変機構９０と反対側の端部には、排気カム角センサ２４（図２参照）が設けられている。この排気カム角センサ２４は、排気カムシャフト６１の回転に伴い、パルス信号であるＥＸＣＡＭ信号を所定のカム角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＥＸＣＡＭ信号および後述するＣＲＫ信号に基づき、排気カム位相ＣＡＥＸを算出する。

以上のように、このエンジン３では、排気側動弁機構６０により、排気弁９のリフトおよびバルブタイミングが無段階に変更され、それにより、ピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（以下「吸気前ＴＤＣ」という）に達する前に排気弁９を閉弁することによって気筒３ａ内に残留する既燃ガスの量すなわち内部ＥＧＲ量が制御される。

エンジン３には、クランク角センサ２１が設けられている。クランク角センサ２１は、マグネットロータおよびＭＲＥピックアップ（いずれも図示せず）で構成されており、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、ＥＣＵ２に出力する。

このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定のクランク角度位置にあることを表す信号であり、本実施形態のような４気筒タイプの場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられており、この気筒判別センサは、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に応じて、クランク角度ＣＡを気筒３ａごとに算出する。

また、エンジン３の排気管５には、上流側から順に、排気温センサ２５、排気圧センサ２６およびＬＡＦセンサ２７が設けられている。排気温センサ２５は排気管５内の温度（以下「排気温」という）ＴＥＸを、排気圧センサ２６は排気管５内の圧力（以下「排気圧」という）ＰＥＸを検出し、それらの検出信号は、ＥＣＵ２に出力される。ＬＡＦセンサ２７は、理論空燃比よりもリッチなリッチ領域から極リーンまでの広範囲な空燃比の領域において、排気管５内を流れる排ガス中の酸素濃度をリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ２７からの検出信号に基づいて、排ガスの空燃比すなわち混合気の空燃比ＡＦを算出する。

エンジン３の本体には、水温センサ２８が設けられている。水温センサ２８は、エンジン３のシリンダブロック３ｆ内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

エンジン３の吸気管４には、吸気温センサ２９が設けられている。吸気温センサ２９は、吸入空気の温度ＴＡを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３０から、アクセルペダル（図示せず）の踏込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３０からの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、燃料噴射量を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＥＣＵ２は、エンジン３の運転状態に応じて、エンジン３の燃焼モードを、ＳＩ燃焼モードまたはＣＩ燃焼モードに決定する。なお、本実施形態では、ＳＩ燃焼モードでは、燃料噴射弁６から燃料を吸気行程中に噴射することにより均質混合気を生成し、点火プラグ７による火花点火が行われ、ＣＩ燃焼モードでは、燃料噴射弁６から燃料を圧縮行程中にのみ噴射することにより成層混合気を生成し、自己着火燃焼が行われる。さらに、ＥＣＵ２は、決定した燃焼モードに応じて排気側動弁機構６０を制御することにより、排気弁９の閉弁タイミングを変更し、内部ＥＧＲ量を制御するとともに、排気弁９の閉弁タイミングに応じて吸気側動弁機構４０を制御することにより、吸気弁８の開弁タイミングを変更する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、目標開弁タイミング設定手段、制御手段、運転状態検出手段、目標閉弁タイミング設定手段、実閉弁タイミング検出手段および切替判定手段に相当する。

図８は、ＥＣＵ２で実行される燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、検出されたエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ（例えば８５℃）よりも高いか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＪＵＤ以下のときには、ＣＩ燃焼に適した燃焼室３ｄ内の温度を確保できないとして、燃焼モードをＳＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「０」にセットした（ステップ３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３がＣＩ燃焼を実行すべき運転領域（以下「ＨＣＣＩ領域」という）にあるか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、図９に示す燃焼領域マップに基づき、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じて行われる。この燃焼領域マップのＨＣＣＩ領域は、ＣＩ燃焼を実行すべき運転領域であり、エンジン回転数ＮＥが低〜中回転域にあり、また要求トルクＰＭＣＭＤが低〜中負荷域にある運転領域に相当する。なお、要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。

前記ステップ２の判別結果がＮＯで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にないときには、前記ステップ３を実行し、ＳＩ燃焼モードを選択する。一方、ステップ２の判別結果がＹＥＳで、エンジン３がＨＣＣＩ領域にあるときには、燃焼モードをＣＩ燃焼モードに決定し、そのことを表すために、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩを「１」にセットした（ステップ４）後、本処理を終了する。

図１０は、内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。本処理もまた、ＴＤＣ信号の発生に同期して実行される。前述したように、この内部ＥＧＲは、ピストン３ｂが吸気前ＴＤＣに達する前に排気弁９を閉弁することによって行われる。本処理では、まず、ステップ１１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、内部ＥＧＲ量の目標となる目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを算出する。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣＭＤを、検出された排気温ＴＥＸおよび排気圧ＰＥＸに応じ、気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）を用いて補正することにより、最終的な目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣを算出する（ステップ１２）。

次いで、算出した目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣ、およびエンジン回転数ＮＥに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、排気カム位相ＣＡＥＸの目標となる目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１３）。次に、算出した目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤと検出された実際の排気カム位相ＣＡＥＸに応じ、排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸを算出する（ステップ１４）とともに、算出した排気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＥＸに応じて、排気カム位相電磁弁９１を駆動する（ステップ１５）。以上により、排気カム位相ＣＡＥＸが目標排気カム位相ＣＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

次に、目標内部ＥＧＲ量ＥＧＲＩＮＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、排気弁９の目標閉弁タイミングに相当する目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを算出する（ステップ１６）とともに、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣおよび排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、コントロールシャフト７１の回動角ＳＡＡＥＸの目標となる目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤを算出する（ステップ１７）。

次いで、回動角ＳＡＡＥＸおよび目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤに応じて、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸを算出する（ステップ１８）。そして、リフト制御入力Ｕ＿ＳＡＡＥＸに応じて、排気リフトアクチュエータ８０を駆動する（ステップ１９）。以上により、回動角ＳＡＡＥＸが目標回動角ＳＡＡＥＸＣＭＤになるように制御される。

図１１は、吸気弁８の開弁タイミングの目標となる目標開弁タイミングに相当する開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯの算出処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ２１において、リフトセンサ２３で検出した回動角ＳＡＡＥＸと排気カム角センサ２４で検出した排気カム位相ＣＡＥＸに応じて、排気弁９の実際の閉弁タイミングに相当する実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴを算出する。次に、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴから前記ステップ１６で算出した目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを減算する（＝ＣＡＥＸＡＣＴ−ＣＡＥＸＶＣ）ことによって、偏差ΔＥＸＶＣを算出し（ステップ２２）、この偏差ΔＥＸＶＣを用いて、平均値ＥＸＶＣＡＶＥを算出する（ステップ２３）。

図１２は、この平均値ＥＸＶＣＡＶＥの算出処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ３１において、燃焼モード切替フラグＦ＿ＣＨＮＭが「１」であるか否かを判別する。

図１３は、この燃焼モード切替フラグＦ＿ＣＨＮＭの設定処理を示すフローチャートである。本処理では、まず、ステップ４１において、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩが前回と今回の間で、「０」から「１」または「１」から「０」に変化したか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳで、燃焼モードがＳＩ燃焼モードとＣＩ燃焼モードの間で切り替えられた直後のときには、タイマ（図示せず）をスタートさせる（ステップ４２）とともに、燃焼モードの切替中であることを表すために、燃焼モード切替フラグＦ＿ＣＨＮＭを「１」にセットした（ステップ４３）後、本処理を終了する。

一方、ステップ４１の判別結果がＮＯのときには、タイマのタイマ値ＴＭが所定値ＴＭＲＥＦ以上であるか否かを判別する（ステップ４４）。この判別結果がＮＯで、ＣＩ燃焼モードフラグＦ＿ＨＣＣＩの変化後、所定時間が経過していないときには、燃焼モードの切替中であるとして、本処理をそのまま終了する。

また、ステップ４４の判別結果がＹＥＳのときには、検出された空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤにほぼ等しいか否かを判別する（ステップ４５）。この目標空燃比ＡＦＣＭＤは、燃焼モードと、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって算出される。この判別結果がＮＯのときには、空燃比ＡＦが切替先の燃焼モード用の目標空燃比ＡＦＣＭＤに収束していないため、燃焼モードの切替中であるとして、本処理をそのまま終了する。

一方、ステップ４５の判別結果がＹＥＳで、空燃比ＡＦが目標空燃比ＡＦＣＭＤにほぼ一致したときには、燃焼モードの切替が完了したとして、そのことを表すために、燃焼モード切替フラグを「０」にリセットした（ステップ４６）後、本処理を終了する。

図１２に戻り、前記ステップ３１の判別結果がＮＯで、燃焼モードの切替中でないときには、偏差ΔＥＸＶＣの積算回数をカウントするためのカウンタ（図示せず）のカウンタ値ＣＮＴが、所定値ＣＮＴＲＥＦ（例えば１０）と等しいか否かを判別する（ステップ３２）。この判別結果がＮＯのときには、前記ステップ２２で算出した偏差ΔＥＸＶＣを積算値ＳＵＭＥＸＶＣの前回値に加算することによって、今回の積算値ＳＵＭＥＸＶＣを算出するとともに（ステップ３３）、カウンタ値ＣＮＴをインクリメントした（ステップ３４）後、本処理を終了する。

一方、ステップ３２の判別結果がＹＥＳで、カウンタ値ＣＮＴが所定値ＣＮＴＲＥＦに達したときには、積算値ＳＵＭＥＸＶＣを所定値ＣＮＴＲＥＦで除算する（＝ＳＵＭＥＸＶＣ／ＣＮＴＲＥＦ）ことによって、平均値ＥＸＶＣＡＶＥを算出する（ステップ３５）。そして、この平均値ＥＸＶＣＡＶＥを補正値ＥＸＶＣＲＥＦとして設定し（ステップ３６）、カウンタ値ＣＮＴを値０にリセットした（ステップ３７）後、本処理を終了する。

また、前記ステップ３１の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードの切替中のときには、積算値ＳＵＭＥＸＶＣを値０にリセットした（ステップ３８）後、前記ステップ３７を実行する。

図１１に戻り、前記ステップ２３に続くステップ２４では、燃焼モード切替フラグＦ＿ＣＨＮＭが「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯで、燃焼モードの切替中でないときには、偏差ΔＥＸＶＣが所定の下限値ＥＸＬと上限値ＥＸＨの間にあるか否かを判別する（ステップ２５）。この判別結果がＮＯのときには、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに対する実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴのずれが大きいとして、排気弁９の実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、吸気弁８の開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯを算出し（ステップ２６）、本処理を終了する。なお、このテーブルでは、開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯは、吸気前ＴＤＣからのクランク角度が実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴから吸気前ＴＤＣまでのクランク角度と一致するように設定されている。

一方、ステップ２５の判別結果がＹＥＳで、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに対する実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴのずれが小さいときには、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯを算出し（ステップ２７）、本処理を終了する。このテーブルでもまた、開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯは、吸気前ＴＤＣからのクランク角度が目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣから吸気前ＴＤＣまでのクランク角度と一致するように設定されている。

また、前記ステップ２４の判別結果がＹＥＳで、燃焼モードの切替中であるときには、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに前記ステップ３６で設定した補正値ＥＸＶＣＲＥＦを加算し、補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦを算出する（ステップ２８）。そして、この補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦに応じ、テーブル（図示せず）を検索することによって、開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯを算出した（ステップ２９）後、本処理を終了する。このテーブルでもまた、開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯは、吸気前ＴＤＣからのクランク角度が補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦから吸気前ＴＤＣまでのクランク角度と一致するように設定されている。

以上のようにして算出された開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯに応じて、吸気カム位相ＣＡＩＮの目標となる目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤが算出されるとともに、この目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤと吸気カム位相ＣＡＩＮに応じて、吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮが算出される。そして、吸気位相制御入力Ｕ＿ＣＡＩＮに応じて吸気カム位相電磁弁５１を駆動することによって、吸気カム位相ＣＡＩＮが目標吸気カム位相ＣＡＩＮＣＭＤになるように制御される。

以上のように、本実施形態によれば、吸気弁８の開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯは、吸気前ＴＤＣからのクランク角度が排気弁９の閉弁クランク角（実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴ、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣまたは補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦ）から吸気前ＴＤＣまでのクランク角度と等しくなるように設定される。このため、ピストン３ｂの往復運動に伴って発生するエネルギを相殺した最適なタイミングで、吸気弁８を開弁することができる。その結果、ポンピングロスおよび既燃ガスの吹き戻しの低減によって、安定した吸入空気量が得られ、それにより、良好なドライバビリティを確保することができる。

また、排気弁９の実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴが目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに対して大きくずれているときには、吸気弁８の開弁クランク角ＣＡＩＮＶＯを設定する際の排気弁９の閉弁クランク角として、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴを用いる（ステップ２６）ので、排気弁９の実際の閉弁タイミングに応じて吸気弁８の開弁タイミングを適切に制御することができる。一方、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴが目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣにほぼ一致しているときには、閉弁クランク角として目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣを用いる（ステップ２７）ので、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴが一時的に変動した場合でも、その影響を排除した状態で、吸気弁８の開弁タイミングを安定して適切に制御することができる。

さらに、燃焼モードの切替中には、閉弁クランク角として、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに補正値ＥＸＶＣＲＥＦを加算した補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦを用いる（ステップ２９）ので、排気弁９の実際の閉弁タイミングが一時的にずれた場合でも、その影響を排除した状態で、吸気弁８の開弁タイミングを適切に制御することができる。

また、補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦの算出に用いられる平均値ＥＸＶＣＡＶＥの算出を、燃焼モードの切替中以外で行うので、切替に伴って実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴが目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに対して大きくずれた場合でも、その影響が排除されるため、精度の高い補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦを得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、吸気弁８の開弁タイミングを、吸気カム位相可変機構のみで変更しているが、これに代えて、またはこれとともに、吸気弁のリフトを可変に制御する機構によって変更してもよい。また、実施形態では、排気弁９の実閉弁タイミングと目標閉弁タイミングとの比較結果として、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴと目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣとの偏差を用いているが、これに限らず、両者の比を用いてもよい。

さらに、実施形態では、補正後閉弁クランク角ＣＡＥＸＲＥＦは、実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴと目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣとの偏差ΔＥＸＶＣの平均値ＥＸＶＣＡＶＥを目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣに加算することによって算出しているが、これに限らず、目標閉弁クランク角ＣＡＥＸＶＣと実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴとの偏差の平均値を実閉弁クランク角ＣＡＥＸＡＣＴから減算することによって算出してもよい。そのようにして算出した補正後閉弁クランク角は、実施形態と実質的に同じであるので、実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、実施形態は、本発明を、燃焼モードが圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードの間で切替可能なエンジン３に適用した例であるが、これら以外の複数の燃焼モード、例えば均一燃焼モード、成層自着火燃焼モードと成層火花点火燃焼モードの三者の間で切替可能なエンジンにも適用可能である。

さらに、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明はこれに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の制御装置を内燃機関とともに概略的に示す図である。 制御装置の一部を示す図である。 図１の部分拡大図である。 吸気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気側動弁機構の概略構成を示す模式図である。 排気リフト可変機構による排気リフトの変更状態を示す図である。 吸気カム位相可変機構によって得られる吸気弁のバルブリフト曲線、および排気カム位相可変機構によって得られる排気弁のバルブリフト曲線を示す図である。 燃焼モードの決定処理を示すフローチャートである。 図８の処理で用いられる燃焼領域マップの一例を示す図である。 内部ＥＧＲの制御処理を示すフローチャートである。 吸気弁の開弁クランク角の算出処理を示すフローチャートである。 平均値の算出処理を示すフローチャートである。 燃焼モード切替フラグの設定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 制御装置
２ ＥＣＵ（目標開弁タイミング設定手段、制御手段、運転状態検出手段、目標閉弁タ
イミング設定手段、実閉弁タイミング検出手段および切替判定手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
３ｂ ピストン
８ 吸気弁
９ 排気弁
２１ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２３ リフトセンサ（実閉弁タイミング検出手段）
２４ 排気カム角センサ（実閉弁タイミング検出手段）
３０ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
４０ 吸気側動弁機構（吸気側可変動弁機構）
６０ 排気側動弁機構（排気側可変動弁機構）
ＣＡＥＸＶＣ 目標閉弁クランク角（排気弁の目標閉弁タイミング）
ＣＡＥＸＡＣＴ 実閉弁クランク角（排気弁の実際の閉弁タイミング）
ＣＡＩＮＶＯ 開弁クランク角（吸気弁の目標開弁タイミング）
ＣＡＥＸＲＥＦ 補正後閉弁クランク角（平均値を目標閉弁タイミングに加算した値）
ΔＥＸＶＣ 偏差
ＥＸＶＣＡＶＥ 平均値
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＡＰ アクセル開度（内燃機関の運転状態）

Claims (3)

1. ピストンが上死点に達する前に排気弁を閉弁することにより気筒内に既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲを制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記排気弁の閉弁タイミングを変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する排気側可変動弁機構と、
   前記内燃機関の吸気弁の開弁タイミングを変更する吸気側可変動弁機構と、
   前記ピストンの前記上死点から前記吸気弁の開弁タイミングまでの期間の長さが、前記排気弁の閉弁タイミングから前記上死点までの期間の長さと等しくなるように、前記吸気弁の開弁タイミングの目標となる目標開弁タイミングを設定する目標開弁タイミング設定手段と、
   当該設定された目標開弁タイミングに基づいて、前記吸気側可変動弁機構を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて、前記排気弁の閉弁タイミングの目標となる目標閉弁タイミングを設定する目標閉弁タイミング設定手段と、
   前記排気弁の実際の閉弁タイミングを検出する実閉弁タイミング検出手段と、をさらに備え、
   前記目標開弁タイミング設定手段は、前記排気弁の前記実閉弁タイミングと前記目標閉弁タイミングとの比較結果に基づいて、前記排気弁の前記実閉弁タイミングおよび前記目標閉弁タイミングの一方を、前記排気弁の閉弁タイミングとして用い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。
3. 前記内燃機関は、燃焼モードとして均質燃焼モードおよび成層燃焼モードを有し、
   前記燃焼モードの切替中であるか否かを判定する切替判定手段をさらに備え、
   前記目標開弁タイミング設定手段は、前記排気弁の前記実閉弁タイミングと前記目標閉弁タイミングとの偏差の平均値を算出するとともに、前記燃焼モードの切替中であると判定されたときに、当該平均値を前記排気弁の前記目標閉弁タイミングに加算した値を、前記排気弁の閉弁タイミングとして用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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