JP2013130170A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整可能なエンジンの動弁装置を提供する。
【解決手段】エンジンの動弁装置１Ａはエンジン５０Ａの燃焼室Ｅに対して設けられる吸気弁５４の開弁時期と閉弁時期とをリフト量一定で個別的に変更可能な可変動弁機構５７Ａを備える。そして、エンジン５０Ａの過渡運転時に、ＥＧＲ率の実際の値である実ＥＧＲ率と目標値である目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じて吸気弁５４の開弁時期を個別的に変更する。具体的には実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合に開弁時期の遅角を個別的に行い、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合に開弁時期の進角を個別的に行う。
【選択図】図２

Description

本発明はエンジンの動弁装置に関する。

エンジンでは吸気弁や排気弁のバルブ特性を可変にすることがある。また、ＥＧＲ（排気再循環）を行うことがある。この点、本発明と関連性があると考えられる技術として、運転状態過渡期において低圧ＥＧＲガスの還流遅れが生じる還流遅れ期間に亘り、排気側ＶＶＴによって排気弁の閉弁時期を遅角させ、内部ＥＧＲガス量を増加させるＥＧＲ装置付きの内燃機関が例えば特許文献１で開示されている。

このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献２では駆動軸とカムシャフトとが不等速で連動するようにすることで、リフト量一定でバルブ特性を可変にする可変動弁装置と、この可変動弁装置が可変にするバルブ特性を検出する内燃機関の可変動弁装置のバルブリフト特性検出装置が開示されている。

特開２００８−１５０９５７号公報 特開２００６−３３６６５９号公報

エンジンではＥＧＲとして具体的には燃焼室を介さずに排気系から吸気系に排気を還流する外部ＥＧＲと、燃焼室を介して排気系から吸気系に排気を還流する内部ＥＧＲとを行うことができる。そして、還流される排気であるＥＧＲガスの量は例えば機関運転状態に応じて調整することができる。ところが、ＥＧＲガスの量を調整するにあたって、外部ＥＧＲガスの量を調整する場合、過渡運転時に還流経路が長い分、還流遅れが生じる。このためこの場合には、吸入空気量不足や吸入空気量の過剰供給が発生する結果、未燃ＨＣの増加や失火やＮＯｘスパイクが発生する虞がある。

一方、ＥＧＲガスの量を調整するには内部ＥＧＲガスの量を調整することもできる。この場合、還流経路が短い分、還流の応答性を高めることができる。そして、ＥＧＲガスの量を調整するにあたって内部ＥＧＲガスの量を増量するには、吸排気弁のバルブオーバラップ量を拡大すべく例えば可変動弁機構で排気弁の閉弁時期を遅角させることができる。ところが、可変動弁機構が構成上、例えば排気弁の閉弁時期を開弁時期とともに遅角する仕組みになっている場合には、開弁時期が膨張仕事と押し出し損失との最適点に設定されなくなる結果、燃費の悪化や出力の低下を招く虞がある。このため、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整可能な技術が望まれる。

本発明は上記課題に鑑み、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整可能なエンジンの動弁装置を提供することを目的とする。

本発明はエンジンの燃焼室に対して設けられる吸気弁および排気弁のうち、少なくとも一方の開弁時期と閉弁時期とをリフト量一定で個別に変更可能な可変動弁機構を備え、前記エンジンの過渡運転時に、排気再循環で還流される排気の量が筒内に吸入されるガス全体の量に占める割合であるＥＧＲ率の実際の値である実ＥＧＲ率と目標値である目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように、前記実ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率とに応じて前記吸気弁の開弁時期と前記排気弁の閉弁時期とのうち、少なくとも一方を個別的に変更するエンジンの動弁装置である。

本発明は前記実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも大きい場合に、前記吸気弁の開弁時期の遅角と前記排気弁の閉弁時期の進角とのうち、少なくとも一方を個別的に行う構成とすることができる。

本発明は前記実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも小さい場合に、前記吸気弁の開弁時期の進角と前記排気弁の閉弁時期の遅角とのうち、少なくとも一方を個別的に行う構成とすることができる。

本発明によれば、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

実施例１の全体構成図である。 実施例１のエンジンの概略構成図である。 吸気弁の開弁時期変更制御の説明図である。 実施例１の制御をフローチャートで示す図である。 実施例１の第１のパラメータ変化例を示す図である。 実施例１でのバルブ特性変更の第１の説明図である。 実施例１の第２のパラメータ変化例を示す図である。 実施例１でのバルブ特性変更の第２の説明図である。 実施例２のエンジンの概略構成図である。 排気弁の閉弁時期変更制御の説明図である。 実施例２の制御をフローチャートで示す図である。 実施例２の第１のパラメータ変化例を示す図である。 実施例２でのバルブ特性変更の第１の説明図である。 実施例２の第２のパラメータ変化例を示す図である。 実施例２でのバルブ特性変更の第２の説明図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジン５０Ａおよびその周辺の全体構成図である。図２はエンジン５０Ａの概略構成図である。図１に示す各構成は車両に搭載されている。図１に示すように、吸気系１０はエアフロメータ１１とインタークーラ１２とインテークマニホールド１３とを備えている。エアフロメータ１１は吸入空気量を計測する。インタークーラ１２は吸気を冷却する。インテークマニホールド１３はエンジン５０Ａの各気筒５１ａに吸気を分配する。排気系２０はエキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。触媒２２は排気を浄化する。

過給機３０はエンジン５０Ａに吸気を過給する。過給機３０は排気駆動式の過給機であり、コンプレッサ部３１とタービン部３２とを備えている。コンプレッサ部３１は吸気系１０に、タービン部３２は排気系２０にそれぞれ介在するようにして設けられている。排気還流系４０はＥＧＲ配管４１とＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とを備えている。ＥＧＲ配管４１は吸気系１０と排気系２０とを連通している。具体的にはＥＧＲ配管４１はインテークマニホールド１３の上流側の集合部分とエキゾーストマニホールド２１の下流側の集合部分とを連通している。ＥＧＲクーラ４２は還流される排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４３は還流される排気の量を調節する。

エンジン５０Ａは圧縮自着火式のエンジンとなっている。図２に示すようにエンジン５０Ａはシリンダブロック５１と、シリンダヘッド５２と、ピストン５３と、吸気弁５４と、排気弁５５と、燃料噴射弁５６と、可変動弁機構５７Ａとを備えている。シリンダブロック５１には気筒５１ａが形成されている。気筒５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室Ｅはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

シリンダヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂが形成されている。また、吸気弁５４と排気弁５５が設けられている。吸気ポート５２ａは燃焼室Ｅに吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室Ｅからガスを排気する。吸気弁５４は吸気ポート５２ａを開閉し、排気弁５５は排気ポート５２ｂを開閉する。吸気ポート５２ａには筒内にスワール流を生成可能な図示しないＳＣＶ（スワールコントロールバルブ）が設けられている。シリンダヘッド５２には、燃料噴射弁５６と可変動弁機構５７Ａとが設けられている。燃料噴射弁５６は燃焼室Ｅに燃料を噴射する。可変動弁機構５７Ａは吸気弁５４のバルブ特性を可変にする。

この点、可変動弁機構５７Ａは駆動軸とカムシャフトとが不等速で連動するようにすることで、リフト量一定で吸気弁５４のバルブ特性を可変にするカム速度可変機構を有して構成されている。また、クランクシャフトに対する駆動軸の相対的な位相を可変にする位相可変機構を有して構成されている。そして、カム速度可変機構と位相可変機構との組み合わせによって、吸気弁５４の開弁時期と閉弁時期とをリフト量一定で個別に変更可能な可変動弁機構となっている。開弁時期と閉弁時期とを個別に変更可能であることは、変更動作の組み合わせによって開弁時期と閉弁時期とを結果的に個別に変更可能であることを含む。

この点、可変動弁機構５７Ａは具体的にはカム速度可変機構によって吸気弁５４の開弁時期および閉弁時期のうち一方を進角または遅角するとともに、位相可変機構によって吸気弁５４の開弁時期および閉弁時期のうち他方が変更されないように調整することで、吸気弁５４の開弁時期と閉弁時期とをリフト量一定で個別に変更することができる。カム速度可変機構には例えば前述した特許文献１が開示する可変動弁装置を適用できる。可変動弁機構５７Ａは例えば吸気弁５４の駆動を電磁駆動化した場合の電磁駆動装置で実現することもできる。

エンジン５０Ａに対してはＥＣＵ７０Ａが設けられている。ＥＣＵ７０Ａは電子制御装置であり、ＥＣＵ７０Ａには図１、図２に示すようにＥＧＲバルブ４３や燃料噴射弁５６や可変動弁機構５７Ａが制御対象として電気的に接続されている。また、エアフロメータ１１や、クランクシャフトの位相に対する駆動軸の位相を検出可能な第１の位相センサ８１や、駆動軸の位相に対するカムシャフトの位相を検出可能な第２の位相センサ８２や、エンジン５０Ａの状態を検出可能なセンサ群８３がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。

センサ群８３は例えばエンジン５０Ａの冷却水温ＴＨＷを検知する水温センサや、エンジン５０Ａの油温を検知する油温センサや、エンジン５０Ａの回転数ＮＥを検出可能なクランク角度センサや、エンジン５０Ａの吸気温を検知する吸気温センサや、大気圧を検知する大気圧センサを含む。ＥＣＵ７０Ａはクランク角度センサと位相センサ８１、８２との出力に基づき、吸気弁５４の開弁時期や閉弁時期を検出できる。また、燃料噴射弁５６の開弁期間によって燃料噴射量を検出できる。

ＥＣＵ７０ＡではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、各種の機能部が実現される。この点、ＥＣＵ７０Ａでは例えば以下に示す制御部が機能的に実現される。

制御部はエンジン５０Ａの過渡運転時にＥＧＲ（排気再循環）で還流される排気（ＥＧＲガス）の量が筒内に吸入されるガス全体の量に占める割合であるＥＧＲ率の実際の値である実ＥＧＲ率と目標値である目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように、実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じて吸気弁５４の開弁時期（以下、ＩＶＯと称す）を個別的に変更する。ここで、個別的にとは変更の対象が例えばＩＶＯである場合には、ＩＶＯおよび吸気弁５４の閉弁時期（以下、ＩＶＣと称す）のうち、ＩＶＯを変更することを意味する。制御部は可変動弁機構５７Ａを制御することでＩＶＯを個別的に変更する。

実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるようにＩＶＯを個別的に変更するにあたり、制御部は機関運転状態（ここでは回転数ＮＥおよび燃料噴射量）に応じて目標ＥＧＲ率を決定する。また、実ＥＧＲ率を推定する。目標ＥＧＲ率を決定するにあたり、ＥＣＵ７０Ａは機関運転状態に応じて予め設定した目標ＥＧＲ率のマップデータをＲＯＭに格納している。そして、制御部は検出した機関運転状態に基づき目標ＥＧＲ率のマップデータから対応する目標ＥＧＲ率を読み込むことで、目標ＥＧＲ率を決定する。実ＥＧＲ率は例えば次の式（１）および式（２）によって推定できる。
ＥＧＲ_{ｒａｔｉｏ}＝（Ｇ_ａｌｌ−Ｇ_ｎｅｗ）／Ｇ_ａｌｌ ・・・（１）
Ｇ_ａｌｌ＝（Ｐ_ｉｎ×Ｖ_{ｒａｔｉｏ}＋Ａ）×Ｔ_ｓ／Ｔ_ｉｎ ・・・（２）

ここで、ＥＧＲ_{ｒａｔｉｏ}は実ＥＧＲ率、Ｇ_ａｌｌは筒内に吸入されるガス全体の量、Ｇ_ｎｅｗは新気量、Ｐ_ｉｎは吸気管内圧、Ｖ_{ｒａｔｉｏ}は体積効率、Ａは学習補正値、Ｔ_ｓは標準温度、Ｔ_ｉｎは吸気温である。このうち、新気量は例えばエアフロメータ１１の出力に基づき検出できる。体積効率は例えばＳＣＶの開度や冷却水温ＴＨＷや回転数ＮＥや大気温に応じて作成したモデル式で推定できる。吸気温は例えば排気温や排気ガス圧やＥＧＲクーラ４２の冷却効率やＥＧＲバルブ４３の出口温に応じて作成したモデル式で推定できる。この点、センサ群８３は実ＥＧＲ率の推定に必要な各種のセンサ・スイッチ類をさらに含んでいる。

実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるようにＩＶＯを個別的に変更するにあたり、制御部はさらに具体的には次に示すようにＩＶＯの遅角または進角を個別的に行う。

図３はＩＶＯ変更制御の説明図である。図３（ａ）は目標ＥＧＲ率から実ＥＧＲ率を引いて算出される乖離量に応じた内部ＥＧＲガスの量の変化を示す。図３（ｂ）はＩＶＯに応じた内部ＥＧＲガスの量の変化を示す。図３（ａ）に示すように内部ＥＧＲガスの量は乖離量がゼロである場合にはゼロに設定されている。そして、乖離量がマイナスである場合（すなわち、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合）に減量されるように設定されている。また、乖離量がプラスである場合（すなわち、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合）に増量されるように設定されている。

内部ＥＧＲガスの量はさらに乖離量がマイナス領域で小さい場合ほど（すなわち、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合には、実ＥＧＲ率が大きい場合ほど）減量される量が大きくなるように設定されている。また、乖離量がプラス領域で大きい場合ほど（すなわち、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合には、実ＥＧＲ率が小さい場合ほど）増量される量が大きくなるように設定されている。

これに対し、図３（ｂ）に示すように内部ＥＧＲガスの量はＩＶＯが進角すると増量され、ＩＶＯが遅角すると減量される。このため、制御部は実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にはＩＶＯの遅角を個別的に行う。そしてこの場合には、さらに実ＥＧＲ率が大きい場合ほど遅角量が大きくなるようにＩＶＯを変更する。また、制御部は実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にはＩＶＯの進角を個別的に行う。そしてこの場合には、さらに実ＥＧＲ率が小さい場合ほど進角量が大きくなるようにＩＶＯを変更する。

なお、制御部はさらに機関運転状態（ここでは回転数ＮＥおよび燃料噴射量）に応じてＩＶＯとＩＶＣとを制御する。この点、ＥＣＵ７０Ａは機関運転状態に応じて予め設定したＩＶＯとＩＶＣのマップデータをＲＯＭに格納している。機関運転状態に応じてＩＶＯとＩＶＣとを制御するにあたり、制御部はＩＶＯとＩＶＣとを個別的に変更することができる。この点、変更の対象がＩＶＯおよびＩＶＣである場合、個別的にとはＩＶＯとＩＶＣとを互いに異なる変更内容で変更できることを意味する。本実施例ではＥＣＵ７０Ａと可変動弁機構５７Ａとを備えるエンジンの動弁装置（以下、動弁装置と称す）１Ａが実現されている。

次にＥＣＵ７０Ａが行う動弁装置１Ａの制御動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートを実行するにあたり、ＩＶＯとＩＶＣとは機関運転状態に応じて別途制御されており、機関運転状態など本フローチャートで必要な検出はこのときに検出したものを利用できる。ＥＣＵ７０Ａは回転数ＮＥの変化量ΔＮＥが基準値αよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。そしてこれにより、過渡運転時であるか否かを判定する。変化量ΔＮＥは回転数ＮＥに基づき別途算出できる。ステップＳ１で否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。

ステップＳ１で肯定判定であれば、ＥＣＵ７０Ａは目標ＥＧＲ率を決定するとともに（ステップＳ２）、実ＥＧＲ率を推定する（ステップＳ３）。続いてＥＣＵ７０Ａは実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４）。また、ステップＳ４で否定判定であれば、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高いか否かを判定する（ステップＳ５）。そして、ステップＳ４で肯定判定であればＩＶＯを進角し（ステップＳ６Ａ）、ステップＳ５で肯定判定であればＩＶＯを遅角する（ステップＳ７Ａ）。ステップＳ６ＡまたはＳ７Ａの後にはステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ５で否定判定であれば本フローチャートを終了する。

次に動弁装置１Ａの作用効果について説明する。図５は動弁装置１Ａが過渡運転時にＩＶＯを個別的に変更する場合の第１のパラメータ変化例を示す図である。図５では第１のパラメータ変化例として具体的には過渡運転時に過給遅れがある場合に動弁装置１ＡがＩＶＯの遅角を個別的に行う場合の各種パラメータの変化例を示す。また、各種パラメータとしてアクセル開度、吸入空気量、Ａ／Ｆ、ＩＶＯおよび内部ＥＧＲガスの量を示す。吸入空気量、Ａ／ＦについてはＩＶＯを特段変更しない場合についても破線で示す。

アクセル開度が一定の状態からより大きな状態に変更されると、エンジン５０Ａの運転状態は定常運転状態から過渡運転状態に移行する。そして、ＩＶＯを特段変更しない場合には過渡運転時に過給遅れによって吸入空気量が破線で示すように目標空気量から下に乖離する。このため、Ａ／Ｆが破線で示すように吸入空気量不足によってリッチ側にずれる。そして、このように過渡運転時に過給遅れがある場合には、吸入空気量不足が発生することで、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きくなる。

これに対し、動弁装置１Ａは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にＩＶＯの遅角を個別的に行うとともに、実ＥＧＲ率が大きい場合ほど遅角量が大きくなるようにＩＶＯを変更する。そして、これに応じて内部ＥＧＲガスが減量することで、吸入空気量が目標空気量に追従する。結果、Ａ／Ｆが適切な値に維持されるとともに未燃ＨＣやスモークの増加や失火の発生が防止或いは抑制される。このように内部ＥＧＲガスの量を調整する動弁装置１Ａは次に示す点で過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

図６は動弁装置１Ａが可変にするバルブ特性の第１の説明図である。図６（ａ）は動弁装置１ＡでＩＶＯを遅角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。図６（ｂ）はクランクシャフトに対するカムシャフトの位相を可変にする位相可変機構でＩＶＯを遅角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。図６（ｃ）はクランクシャフトに対する駆動軸の位相を可変にする位相可変機構と、リフト量とともに作用角を可変にする可変動弁機構との組み合わせで、ＩＶＯを遅角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。吸気弁５４のリフト量につき、実線は定常運転時のリフト量を示し、破線は過渡運転時のリフト量を示す。

図６（ａ）に示す場合にはリフト量一定でＩＶＯの遅角を個別的に行うことで、吸排気弁５４、５５のバルブオーバラップ量を縮小できる。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスを減量することで、内部ＥＧＲガスの量を調整できる。また、図６（ａ）に示す場合にはＩＶＣが機関運転状態に応じて制御されている。この点、ＩＶＣのマップデータおいてＩＶＣは実圧縮比および作用角の観点から未燃ＨＣやスモークや失火の発生を防止或いは抑制するのに最適な位相になるように決定されている。このため、図６（ａ）に示す場合にはＩＶＯの遅角を個別的に行うことで、ＩＶＣが実圧縮比および作用角の観点から最適な位相に制御されている状態を維持することができる。

一方、図６（ｂ）に示す場合にはリフト量一定でＩＶＯを遅角させることができる一方、ＩＶＣも同様に遅角される。このためこの場合には、実圧縮比が低下するとともに最適点からずれることで、軽負荷の場合には未燃ＨＣの増加や失火を招く事態が発生し得る。また、高負荷の場合には燃焼圧が最大燃焼圧の制約にかかる事態が発生し得る。

また、図６（ｃ）に示す場合にはＩＶＯの遅角を個別的に行うことができる一方、作用角の縮小に伴いリフト量が減少する。このためこの場合にはリフト量減少時にポンピングロスが増加することで、燃費の悪化を招く事態が発生することになる。また、吸入ガス量が減少することで、排気エミッションの悪化を招くことも懸念される。

したがって、動弁装置１Ａは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にＩＶＯの遅角を個別的に行うことで、ＩＶＣの変化やリフト量の変化に伴い上述の事態が発生することを防止しつつ内部ＥＧＲガスを減量できる点で、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。そしてこれにより、具体的には例えば未燃ＨＣやスモークの増加や失火の発生を防止或いは抑制できる。

図７は動弁装置１Ａが過渡運転時にＩＶＯを個別的に変更する場合の第２のパラメータ変化例を示す図である。図７では第２のパラメータ変化例として具体的には過渡運転時に外部ＥＧＲガスの還流遅れによってＥＧＲガスの量が不足する場合に動弁装置１ＡがＩＶＯの進角を個別的に行う場合の各種パラメータの変化例を示す。また、各種パラメータとしてアクセル開度、吸入空気量、ＮＯｘ、ＩＶＯおよび内部ＥＧＲガスの量を示す。吸入空気量、ＮＯｘについてはＩＶＯを特段変更しない場合についても破線で示す。

アクセル開度が一定の状態からより大きな状態に変更されると、エンジン５０Ａの運転状態が定常運転状態から過渡運転状態に移行する。そして、ＩＶＯを特段変更しない場合には過渡運転時に外部ＥＧＲガスの還流遅れが発生する結果、吸入空気量が破線で示すように目標空気量から上に乖離する。このため、ＮＯｘが破線で示すように吸入空気量の過剰供給によって増加する。そして、このように過渡運転時に外部ＥＧＲガスの還流遅れによってＥＧＲガスの量が不足する場合には、吸入空気量の過剰供給が発生することで、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さくなる。

これに対し、動弁装置１Ａは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にＩＶＯの進角を個別的に行うとともに、実ＥＧＲ率が小さい場合ほど進角量が大きくなるようにＩＶＯを変更する。そして、これに応じて内部ＥＧＲガスが増量することで、吸入空気量が目標空気量に追従する。結果、ＮＯｘスパイクの発生が防止或いは抑制される。このように内部ＥＧＲガスの量を調整する動弁装置１Ａは次に示す点で過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

図８は動弁装置１Ａが可変にするバルブ特性の第２の説明図である。図８（ａ）は動弁装置１ＡでＩＶＯの進角を個別的に行う場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。図８（ｂ）は図６（ｂ）の場合と同様の構成で、図８（ｃ）は図６（ｃ）の場合と同様の構成でＩＶＯを進角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化をそれぞれ示す。吸気弁５４のリフト量につき、実線は定常運転時のリフト量を示し、破線は過渡運転時のリフト量を示す。

図８（ａ）に示す場合にはリフト量一定でＩＶＯの進角を個別的に行うことで、吸排気弁５４、５５のバルブオーバラップ量を拡大できる。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスを増量することで内部ＥＧＲガスの量を調整できる。また、図８（ａ）に示す場合にはＩＶＯの進角を個別的に行うことで、ＩＶＣが実圧縮比および作用角の観点から最適な位相に制御されている状態を維持することができる。

一方、図８（ｂ）に示す場合にはリフト量一定でＩＶＯを進角させることができる一方、ＩＶＣも同様に進角される。このためこの場合には実圧縮比が向上するとともに最適点からずれることで、図６（ｂ）で前述したのと同様の事態が発生し得る。また、図８（ｃ）に示す場合にはＩＶＯの進角を個別的に行うことができる一方、作用角の拡大に伴いリフト量が増大する。このためこの場合には、リフト量減少時に図６（ｃ）で前述したのと同様の事態が発生することになる。

したがって、動弁装置１Ａは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にＩＶＯの進角を個別的に行うことで、ＩＶＣの変化やリフト量の変化に伴い上述の事態が発生することを防止しつつ内部ＥＧＲガスを増量できる点で、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。そしてこれにより、具体的には例えばＮＯｘスパイクの発生を防止或いは抑制できる。

動弁装置１Ａはこのように過渡運転時にＩＶＯの遅角や進角を個別的に行うことで、実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じてＩＶＯを個別的に変更する。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスの減量が必要な場合と増量が必要な場合それぞれについて内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

動弁装置１Ａは実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合に、さらに実ＥＧＲ率が大きい場合ほど遅角量が大きくなるようにＩＶＯを変更することで、内部ＥＧＲガスの減量が必要な場合に必要の度合いに応じて内部ＥＧＲガスを減量できる点でも好適である。また、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合に、さらに実ＥＧＲ率が小さい場合ほど進角量が大きくなるようにＩＶＯを変更することで、内部ＥＧＲガスの増量が必要な場合に必要の度合いに応じて内部ＥＧＲガスを増量できる点でも好適である。

図９はエンジン５０Ｂの概略構成図である。エンジン５０Ｂは可変動弁機構５７Ａの代わりに可変動弁機構５７Ｂを備える点以外、エンジン５０Ａと実質的に同一となっている。可変動弁機構５７Ｂは吸気弁５４の代わりに排気弁５５のバルブ特性を可変にする点以外、可変動弁機構５７Ａと実質的に同一となっている。

エンジン５０Ｂに対してはＥＣＵ７０Ｂが設けられている。ＥＣＵ７０Ｂは可変動弁機構５７Ａの代わりに可変動弁機構５７Ｂが制御対象として電気的に接続される点と、制御部が以下に示すように実現される点と、ＩＶＯおよびＩＶＣのマップデータの代わりに排気弁５５の開弁時期（以下、ＥＶＯと称す）と排気弁５５の閉弁時期（以下、ＥＶＣと称す）のマップデータを備える点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一となっている。なお、エンジン５０Ｂおよびその周辺の全体構成についてはエンジン５０Ａの代わりにエンジン５０Ｂが適用されるとともに、ＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｂが適用される点以外、図１に示す全体構成と同じである。このため全体構成については図示省略する。

ＥＣＵ７０Ｂでは、制御部が過渡運転時に実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるようにＩＶＯの代わりにＥＶＣを実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じて個別的に変更する。実ＥＧＲ率および目標ＥＧＲ率についてはＥＣＵ７０Ａの場合と同様に決定および推定する。実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるようにＥＶＣを個別的に変更するにあたり、制御部は具体的には次に示すようにＥＶＣの遅角または進角を個別的に行う。

図１０はＥＶＣ変更制御の説明図である。図１０（ａ）は乖離量に応じた内部ＥＧＲガスの量の変化を示す。図１０（ｂ）はＥＶＣに応じた内部ＥＧＲガスの量の変化を示す。図１０（ａ）に示すように内部ＥＧＲガスの量は乖離量に応じて図３（ａ）で前述したのと同様に設定されている。一方、図１０（ｂ）に示すように内部ＥＧＲガスの量はＥＶＣが進角すると減量され、ＥＶＣが遅角すると増量される。

このため、制御部は実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にはＥＶＣの進角を個別的に行う。そしてこの場合には、さらに実ＥＧＲ率が大きい場合ほど進角量が大きくなるようにＥＶＣを変更する。また、制御部は実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にはＥＶＣの遅角を個別的に行う。そしてこの場合には、さらに実ＥＧＲ率が小さい場合ほど遅角量が大きくなるようにＥＶＣを変更する。

なお、制御部はさらに機関運転状態（ここでは回転数ＮＥおよび燃料噴射量）に応じてＥＶＯとＥＶＣとを制御する。この点、ＥＣＵ７０Ｂは機関運転状態に応じて予め設定したＥＶＯとＥＶＣのマップデータをＲＯＭに格納している。機関運転状態に応じてＥＶＯとＥＶＣとを制御するにあたり、制御部はＥＶＯとＥＶＣとを個別的に変更することができる。本実施例ではＥＣＵ７０Ｂと可変動弁機構５７Ｂとを備える動弁装置１Ｂが実現されている。

次にＥＣＵ７０Ｂが行う動弁装置１Ｂの制御動作を図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、本フローチャートはステップＳ６Ａ、Ｓ７Ａの代わりにステップＳ６Ｂ、Ｓ７Ｂが設けられている点以外、図４に示すフローチャートと同じになっている。このためここでは特にこれらのステップについて説明する。また、本フローチャートを実行するにあたり、ＥＶＯとＥＶＣとは機関運転状態に応じて別途制御されており、機関運転状態など本フローチャートで必要な検出はこのときに検出したものを利用できる。

ＥＣＵ７０ＢはステップＳ４で実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも低いか否かを判定し、ステップＳ５で実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高いか否かを判定する。そして、ステップＳ４で肯定判定であればＥＶＣを遅角し（ステップＳ６Ｂ）、ステップＳ５で肯定判定であればＥＶＣを進角する（ステップＳ７Ｂ）。ステップＳ６ＢまたはＳ７Ｂの後にはステップＳ３に戻る。

次に動弁装置１Ｂの作用効果について説明する。図１２は動弁装置１Ｂが過渡運転時にＥＶＣを個別的に変更する場合の第１のパラメータ変化例を示す図である。図１２では第１のパラメータ変化例として具体的には過渡運転時に過給遅れがある場合に動弁装置１ＢがＥＶＣの進角を個別的に行う場合の各種パラメータの変化例を示す。また、各種パラメータとしてアクセル開度、吸入空気量、Ａ／Ｆ、ＥＶＣおよび内部ＥＧＲガスの量を示す。吸入空気量、Ａ／ＦについてはＥＶＣを特段変更しない場合についても破線で示す。

ＥＶＣを特段変更しない場合、吸入空気量およびＡ／Ｆはアクセル開度の変更後に図５で前述したのと同様に変化する。そして、吸入空気量不足が発生することで、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きくなる。これに対し、動弁装置１Ｂは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にＥＶＣの進角を個別的に行うとともに、実ＥＧＲ率が大きい場合ほど進角量が大きくなるようにＥＶＣを変更する。そして、これに応じて内部ＥＧＲガスが減量することで、吸入空気量が目標空気量に追従する。結果、Ａ／Ｆが適切な値に維持されるとともに未燃ＨＣやスモークの増加や失火の発生が防止或いは抑制される。このように内部ＥＧＲガスの量を調整する動弁装置１Ｂは次に示す点で過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

図１３は動弁装置１Ｂが可変にするバルブ特性の第１の説明図である。図１３（ａ）は動弁装置１ＢでＥＶＣを進角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。図１３（ｂ）は図６（ｂ）の場合と同様の構成で、図１３（ｃ）は図６（ｃ）の場合と同様の構成でＥＶＣを進角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化をそれぞれ示す。排気弁５５のリフト量につき、実線は定常運転時のリフト量を示し、破線は過渡運転時のリフト量を示す。

図１３（ａ）に示す場合にはリフト量一定でＥＶＣの進角を個別的に行うことで、吸排気弁５４、５５のバルブオーバラップ量を縮小できる。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスを減量することで内部ＥＧＲガスの量を調整できる。また、図１３（ａ）に示す場合にはＥＶＯが機関運転状態に応じて制御されている。この点、ＥＶＯのマップデータおいてＥＶＯは膨張仕事および押し出し損失のバランスの観点から燃費および出力にとって最適な位相になるように決定されている。このため、図１３（ａ）に示す場合にはＥＶＣの進角を個別的に行うことで、ＥＶＯが膨張仕事および押し出し損失のバランスの観点から最適な位相に制御されている状態を維持することができる。

一方、図１３（ｂ）に示す場合にはリフト量一定でＥＶＣを進角させることができる一方、ＥＶＯも同様に進角される。このためこの場合には、ＥＶＯが膨張仕事と押し出し損失との最適点からずれることで、燃費の悪化や出力の低下を招く事態が発生し得る。また、図１３（ｃ）に示す場合にはＥＶＣの進角を個別的に行うことができる一方、作用角の縮小に伴いリフト量が減少する。このためこの場合には、リフト量減少時にポンピングロスが増加することで、燃費の悪化を招く事態が発生することになる。また、吸入ガス量が減少することで、排気エミッションの悪化を招くことも懸念される。

したがって、動弁装置１Ｂは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合にＥＶＣの進角を個別的に行うことで、ＥＶＯの変化やリフト量の変化に伴い上述の事態が発生することを防止しつつ内部ＥＧＲガスを減量できる点で、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。そしてこれにより、具体的には例えば未燃ＨＣやスモークの増加や失火の発生を防止或いは抑制できる。

図１４は動弁装置１Ｂが過渡運転時にＥＶＣを個別的に変更する場合の第２のパラメータ変化例を示す図である。図１４では第２のパラメータ変化例として具体的には過渡運転時に外部ＥＧＲガスの還流遅れによってＥＧＲガスの量が不足する場合に動弁装置１ＢがＥＶＣの遅角を個別的に行う場合の各種パラメータの変化例を示す。また、各種パラメータとしてアクセル開度、吸入空気量、ＮＯｘ、ＥＶＣおよび内部ＥＧＲガスの量を示す。吸入空気量、ＮＯｘについてはＥＶＣを特段変更しない場合についても破線で示す。

ＥＶＣを特段変更しない場合、吸入空気量およびＮＯｘはアクセル開度の変更後に図７で前述したのと同様に変化する。そして、吸入空気量の過剰供給が発生することで実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さくなる。これに対し、動弁装置１Ｂは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にＥＶＣの遅角を個別的に行うとともに、実ＥＧＲ率が小さい場合ほど遅角量が大きくなるようにＥＶＣを変更する。そして、これに応じて内部ＥＧＲガスが増量することで、吸入空気量が目標空気量に追従する。結果、ＮＯｘスパイクの発生が防止或いは抑制される。このように内部ＥＧＲガスの量を調整する動弁装置１Ｂは次に示す点で過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

図１５は動弁装置１Ｂが可変にするバルブ特性の第２の説明図である。図１５（ａ）は動弁装置１ＢでＥＶＣの遅角を個別的に行う場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化を示す。図１５（ｂ）は図６（ｂ）の場合と同様の構成で、図１５（ｃ）は図６（ｃ）の場合と同様の構成でＥＶＣを遅角させる場合の吸排気弁５４、５５のリフト量の変化をそれぞれ示す。排気弁５５のリフト量につき、実線は定常運転時のリフト量を示し、破線は過渡運転時のリフト量を示す。

図１５（ａ）に示す場合にはリフト量一定でＥＶＣの遅角を個別的に行うことで、吸排気弁５４、５５のバルブオーバラップ量を拡大できる。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスを増量することで内部ＥＧＲガスの量を調整できる。また、図１５（ａ）に示す場合にはＥＶＣの遅角を個別的に行うことで、ＥＶＯが膨張仕事および押し出し損失のバランスの観点から最適な位相に制御されている状態を維持することができる。

一方、図１５（ｂ）に示す場合にはリフト量一定でＥＶＣを遅角させることができる一方、ＥＶＯも同様に遅角される。このためこの場合には図１３（ｂ）で前述したのと同様の事態が発生し得る。また、図１５（ｃ）に示す場合にはＥＶＣの遅角を個別的に行うことができる一方、作用角の拡大に伴いリフト量が増大する。このためこの場合には、リフト量減少時に図１３（ｃ）で前述したのと同様の事態が発生することになる。

したがって、動弁装置１Ｂは過渡運転時に実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合にＥＶＣの遅角を個別的に行うことで、ＥＶＯの変化やリフト量の変化に伴い上述の事態が発生することを防止しつつ内部ＥＧＲガスの量を増量できる点で、過渡運転時に内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。そしてこれにより、具体的には例えばＮＯｘスパイクの発生を防止或いは抑制できる。

動弁装置１Ｂはこのように過渡運転時にＥＶＣの進角や遅角を個別的に行うことで、実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じてＥＶＣを個別的に変更する。そしてこれにより、内部ＥＧＲガスの減量が必要な場合と増量が必要な場合それぞれについて内部ＥＧＲガスの量を好適に調整できる。

動弁装置１Ｂは実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合に、さらに実ＥＧＲ率が大きい場合ほど進角量が大きくなるようにＥＶＣを変更することで、内部ＥＧＲガスの減量が必要な場合に必要の度合いに応じて内部ＥＧＲガスを減量できる点でも好適である。また、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合に、さらに実ＥＧＲ率が小さい場合ほど遅角量が大きくなるようにＥＶＣを変更することで、内部ＥＧＲガスの増量が必要な場合に必要の度合いに応じて内部ＥＧＲガスを増量できる点でも好適である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば動弁装置は内燃機関の過渡運転時に実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように実ＥＧＲ率と目標ＥＧＲ率とに応じてＩＶＯを個別的に変更するとともに、ＥＶＣを個別的に変更してもよい。この場合、可変動弁機構は例えば可変動弁機構５７Ａと可変動弁機構５７Ｂとの組み合わせで実現することができる。

例えば実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも大きい場合は必ずしも過渡運転時に過給遅れがある場合に限られない。また、実ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも小さい場合は必ずしも過渡運転時に外部ＥＧＲガスの還流遅れによってＥＧＲガスの量が不足する場合に限られない。

例えばエンジンは必ずしも圧縮自着火式のエンジンに限られない。この点、エンジンは例えばガソリンエンジンなど火花点火式のエンジンであってもよい。この場合でも良好な燃焼を実現することで燃費や排気エミッションの悪化を抑制できる。

動弁装置 １Ａ、１Ｂ
エンジン ５０Ａ、５０Ｂ
吸気弁 ５４
排気弁 ５５
可変動弁機構 ５７Ａ、５７Ｂ
ＥＣＵ ７０Ａ、７０Ｂ

Claims (3)

1. エンジンの燃焼室に対して設けられる吸気弁および排気弁のうち、少なくとも一方の開弁時期と閉弁時期とをリフト量一定で個別に変更可能な可変動弁機構を備え、
   前記エンジンの過渡運転時に、排気再循環で還流される排気の量が筒内に吸入されるガス全体の量に占める割合であるＥＧＲ率の実際の値である実ＥＧＲ率と目標値である目標ＥＧＲ率との乖離が小さくなるように、前記実ＥＧＲ率と前記目標ＥＧＲ率とに応じて前記吸気弁の開弁時期と前記排気弁の閉弁時期とのうち、少なくとも一方を個別的に変更するエンジンの動弁装置。
2. 請求項１記載のエンジンの動弁装置であって、
   前記実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも大きい場合に、前記吸気弁の開弁時期の遅角と前記排気弁の閉弁時期の進角とのうち、少なくとも一方を個別的に行うエンジンの動弁装置。
3. 請求項１記載のエンジンの動弁装置であって、
   前記実ＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率よりも小さい場合に、前記吸気弁の開弁時期の進角と前記排気弁の閉弁時期の遅角とのうち、少なくとも一方を個別的に行うエンジンの動弁装置。

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