JP4310013B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、理論空燃比よりも極リーン側の空燃比でリーンバーン運転可能な内燃機関において、クランクシャフトに対する吸気カムおよび／または排気カムの位相であるカム位相を、設定された目標カム位相に基づいて制御する内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の内燃機関の制御装置として、特開平１１−１５９３５６号公報に記載されたものが知られている。この内燃機関は、カム位相可変機構を備えている。このカム位相可変機構は、クランクシャフトに対して吸気カムの位相（以下「カム位相」という）を進角または遅角させることにより、吸気弁の開閉タイミングを変更するものである。この制御装置では、内燃機関のリーンバーン運転時に、カム位相可変機構を駆動してカム位相を最遅角位置に遅角させる。これにより、吸気弁の開弁タイミングを遅らせ、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ（吸気弁と排気弁がともに開いている時間）を短くすることによって、内部ＥＧＲ量を減少させる。その結果、燃焼温度が上昇することにより、安定した燃焼状態が確保される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、リーンバーン運転される内燃機関では、吸気弁の開弁タイミングによっては、サージング（気筒間において燃焼が不均一になることにより内燃機関が微小振動する現象）が発生しやすくなることが知られており、さらに、開弁タイミングが同じであっても、内燃機関の回転数や負荷によって、サージングが発生しやすくなることも知られている。上記従来の内燃機関の制御装置によれば、リーンバーン運転時に、カム位相を最遅角位置に単純に遅角させているに過ぎないので、サージングを適切に抑制することができない。また、同じ理由により、内部ＥＧＲ量の減少による燃焼温度の上昇によって、ＮＯｘの発生量が増加してしまう。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リーンバーン運転中のサージングおよびＮＯｘを双方とも抑制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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、理論空燃比よりもリーン側の空燃比でリーンバーン運転可能な内燃機関３において、吸気弁４および排気弁５をそれぞれ開閉する吸気カム６ａおよび排気カム７ａの少なくとも一方の、クランクシャフト９に対する位相であるカム位相ＣＡＩＮを、設定された目標カム位相（例えば実施形態における（以下、この項において同じ）目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ））に基づいて制御する内燃機関３の制御装置１であって、運転状態（エンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ）を検出する運転状態検出手段（ＥＣＵ２、水温センサ２３、クランク角センサ２４、吸気管内絶対圧センサ２１）と、検出された運転状態に応じてリーンバーン運転時用の目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪを設定する目標空燃比設定手段（ＥＣＵ２）と、負荷（吸気管内絶対圧ＰＢＡ）を検出する負荷検出手段（ＥＣＵ２、吸気管内絶対圧センサ２１）と、設定された目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪに応じて、リーンバーン運転時用の目標カム位相の基本値（目標カム位相の算出値の基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴ）を算出し、算出した基本値を検出された負荷に応じて補正することによって、リーンバーン運転時用の目標カム位相（目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸ）を算出する目標カム位相算出手段（ＥＣＵ２、ステップ４，４０，４１，４３）と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
この内燃機関の制御装置によれば、リーンバーン運転時に、目標空燃比に応じて目標カム位相の基本値が算出され、この基本値を負荷に応じて補正することによって、目標カム位相が算出され、この算出された目標カム位相に基づいてカム位相が制御される。これは、以下の理由による。すなわち、一般に、リーンバーン運転時には、吸気カムのカム位相を進角させるほど（または排気カムのカム位相を遅角させるほど）、内部ＥＧＲ量が増加するのに伴いＮＯｘの発生量が減少するけれども、サージングが発生しやすくなる。これとは逆に、吸気カムのカム位相を遅角させるほど（または排気カムのカム位相を進角させるほど）、サージングが発生しにくくなるけれども、ＮＯｘの発生量が増加する。さらに、このようなＮＯｘおよびサージングの発生状況は、空燃比の変化に伴って変化する。また、リーンバーン運転時には、内燃機関が高負荷のときに、ＮＯｘの発生量が増加する。したがって、本制御装置により、目標空燃比に応じて基本値を算出するとともに、その基本値を負荷に応じて補正することによって、目標カム位相を適切に算出することができ、その結果、サージングおよびＮＯｘの双方を抑制することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、クランクシャフト９のクランク角速度ＭＥの変動量ΔＭＥを検出するクランク角速度変動量検出手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２４）をさらに備え、目標カム位相算出手段は、基本値を、検出された負荷と検出されたクランク角速度ＭＥの変動量ΔＭＥとに応じて補正する（ステップ４２，４３）ことを特徴とする。
一般に、リーンバーン運転中のクランク角速度の変動量とサージングの発生との間には、強い相関関係がある。したがって、この内燃機関の制御装置によれば、基本値を、検出された負荷と検出されたクランク角速度の変動量とに応じて補正することにより、サージングをさらに抑制することができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、カム位相ＣＡＩＮは、吸気弁４を開閉する吸気カム６ａの、クランクシャフト９に対する位相であり、目標カム位相算出手段は、基本値を、クランク角速度ＭＥの変動量ΔＭＥが大きいほど、より遅角側に補正することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、カム位相ＣＡＩＮは、吸気弁４を開閉する吸気カム６ａの、クランクシャフト９に対する位相であり、目標カム位相算出手段は、基本値を、負荷が高いほど、より進角側に補正することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について説明する。図１は、本実施形態の内燃機関の制御装置１の概略構成を示している。同図に示すように、この制御装置１は、ＥＣＵ２（運転状態検出手段、目標空燃比設定手段、負荷検出手段、目標カム位相算出手段、クランク角速度変動量検出手段）を備えている。このＥＣＵ２は、内燃機関３（以下「エンジン３」という）の運転状態や負荷に応じて、リーンバーン運転時およびストイキ運転時にカム位相制御や空燃比制御などを実行する。
【００１０】
エンジン３は、４サイクルＤＯＨＣ型ガソリンエンジンであり、吸気カムシャフト６および排気カムシャフト７を備えている。吸気カムシャフト６は、運転時に、吸気弁４を開閉駆動する吸気カム６ａを有している。また、排気カムシャフト７は、排気弁５を開閉駆動する排気カム７ａを有している。これらの吸気および排気カムシャフト６，７は、図示しないタイミングベルトを介してクランクシャフト９に連結されており、クランクシャフト９の回転に従ってこれが２回転するごとに１回転する。吸気カムシャフト６の一端部には、カム位相可変機構８（ＶＴＣ）が設けられている。
【００１１】
カム位相可変機構８は、油圧を供給されることによって作動し、その作動時に、クランクシャフト９に対する吸気カム６ａの位相ＣＡＩＮ（以下、単に「カム位相ＣＡＩＮ」という）を無段階に進角または遅角させることにより、吸気弁４の開閉タイミングを早めまたは遅らせるものである。この場合、吸気弁４の開弁タイミングを早めると、吸気弁４と排気弁５のバルブオーバーラップが長くなることにより、内部ＥＧＲ量が増加する。これとは逆に、開弁タイミングを遅らせると、バルブオーバーラップが短くなることにより、内部ＥＧＲ量が減少する。また、カム位相可変機構８には、電磁制御弁１０が接続されている。この電磁制御弁１０は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって駆動され、その駆動信号のデューティ比ＤＯＵＴに応じて、エンジン３の潤滑系の油圧ポンプ（図示せず）からの油圧をカム位相可変機構８に供給する。これにより、カム位相可変機構８は、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮを進角または遅角させる。なお、このカム位相ＣＡＩＮは、吸気弁４と排気弁５のバルブオーバーラップが最も短くなる位置を原点位置として設定されている。
【００１２】
また、吸気カムシャフト６のカム位相可変機構８と反対側の端部には、カム角センサ２０が設けられている。このカム角センサ２０は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップで構成されており、吸気カムシャフト６の回転に伴い、パルス信号であるＣＡＭ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ＣＡＭ信号と後述するＣＲＫ信号とにより、カム位相ＣＡＩＮを求める。
【００１３】
さらに、図示しないが、吸気カム６ａおよび排気カム７ａの各々は、低速カムと、低速カムよりも高いカムノーズを有する高速カムとで構成されている。また、エンジン３には、複数のバルブタイミング切換機構（以下「ＶＴＥＣ」という）が設けられている（いずれも図示せず）。各ＶＴＥＣは、吸気弁４（または排気弁５）を開閉駆動する吸気カム６ａ（または排気カム７ａ）を低速カムと高速カムの間で切り換えることにより、吸気弁４（または排気弁５）の動作時のバルブタイミングを低速バルブタイミング（以下「Ｌｏ．Ｖ／Ｔ」という）と高速バルブタイミング（以下「Ｈｉ．Ｖ／Ｔ」という）との間で切り換える。このＶＴＥＣも、カム位相可変機構８と同様に、ＥＣＵ２により図示しない電磁制御弁を介して油圧を供給されることによって作動し、上記切換動作を実行する。
【００１４】
一方、エンジン３の吸気管１１のスロットルバルブ１２よりも下流側には、インジェクタ１３と、例えば半導体圧力センサなどで構成された吸気管内絶対圧センサ２１（運転状態検出手段、負荷検出手段）とが取り付けられている。インジェクタ１３は、ＥＣＵ２からの駆動信号によって駆動され、その駆動信号の燃料噴射時間ＴＯＵＴだけ、燃料を吸気管１１内に噴射する。吸気管内絶対圧センサ２１は、吸気管１１内の吸気管内絶対圧ＰＢＡ（運転状態および負荷を表すパラメータ）を検出し、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００１５】
また、エンジン３の排気管１４の途中には、排気ガスを浄化する触媒装置１５が設けられている。この触媒装置１５は、リーンバーン運転時に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵触媒（図示せず）と、ストイキ運転時に排気ガス中のＮＯｘ、ＣＯおよびＨＣなどを還元する３元触媒（図示せず）とを組み合わせたものである。触媒装置１５の上流側には、例えばジルコニアおよび白金電極などで構成されたＬＡＦセンサ２２が設けられている。このＬＡＦセンサ２２は、リッチ領域からリーン領域までの空燃比の広範囲な領域において排気ガス中の酸素濃度を検出可能なものであり、その酸素濃度に比例する検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００１６】
さらに、エンジン３の本体には、例えばサーミスタなどで構成された水温センサ２３が取り付けられている。水温センサ２３（運転状態検出手段）は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷ（運転状態を表すパラメータ）を検出して、その検出信号をＥＣＵ２に送る。
【００１７】
また、エンジン３のクランクシャフト９には、クランク角センサ２４が取り付けられている。クランク角センサ２４（運転状態検出手段、クランク角速度変動量検出手段）は、例えばマグネットロータおよびＭＲＥピックアップを組み合わせて構成されており、クランクシャフト９の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号を、所定のクランク角（例えば１゜）ごとにＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、クランクシャフト９の角速度ＭＥ、その変動量ΔＭＥおよびエンジン３のエンジン回転数ＮＥ（運転状態を表すパラメータ）を求める。さらに、ＥＣＵ２は、前述したように、このＣＲＫ信号とカム角センサ２０のＣＡＭ信号に基づき、カム位相ＣＡＩＮを求める。
【００１８】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述したセンサ２０〜２４の検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じて、エンジン３の運転状態や負荷を判別するとともに、後述するように、ＲＯＭに予め記憶された制御プログラムやＲＡＭに記憶されたデータなどに従って、電磁制御弁１０のデューティ比ＤＯＵＴやインジェクタ１３の燃料噴射時間ＴＯＵＴなどを決定する。さらに、これらのデューティ比ＤＯＵＴや燃料噴射時間ＴＯＵＴなどに応じた駆動信号を出力することによって、カム位相可変機構８によるカム位相制御や、リーンバーン運転時およびストイキ運転時の目標空燃比の設定処理を含む空燃比制御などを実行する。
【００１９】
以下、ＥＣＵ２がカム位相制御の際に実行する目標カム位相算出処理について説明する。図２および図３は、目標カム位相算出処理のフローチャートを示しており、この処理は、タイマ設定により所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
【００２０】
図２に示すように、本処理では、まず、ステップ１（図では「Ｓ１」と略す。以下同様）において、ＶＴＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＣが「１」であるか否かを判別する。このＶＴＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＣは、図示しないカム位相制御処理において、カム位相可変機構８の作動を許可するときに「１」に、そうでないときに「０」にセットされるものである。ステップ１の判別結果がＮＯのとき、すなわちＶＴＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＣが「０」であって、カム位相可変機構８の作動が禁止されているときには、ステップ１１に進み、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）を「０」にセットして（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）＝０）、本処理を終了する。
【００２１】
一方、ステップ１の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＶＴＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＣが「１」で、カム位相可変機構８の作動が許可されているときには、ステップ２に進み、スロットルバルブ全開フラグＦ＿ＷＯＴが「１」であるか否かを判別する。このスロットルバルブ全開フラグＦ＿ＷＯＴは、図示しない空燃比制御処理において、スロットルバルブ１２が全開状態のときに「１」にセットされ、そうでなければ「０」にセットされる。
【００２２】
ステップ２の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちスロットルバルブ全開フラグＦ＿ＷＯＴが「１」のときは、スロットルバルブ１２が全開状態であるとして、ステップ５に進み、ＶＴＥＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＥＣ１が「１」であるか否かを判別する。このＶＴＥＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＥＣ１は、ＶＴＥＣのＨｉ．Ｖ／Ｔ作動時、すなわちバルブタイミングをＨｉ．Ｖ／Ｔとしているときに「１」にセットされ、ＶＴＥＣのＬｏ．Ｖ／Ｔ作動時、すなわちバルブタイミングをＬｏ．Ｖ／Ｔとしているときに「０」にセットされる。
【００２３】
ステップ５の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＶＴＥＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＥＣ１が「１」で、ＶＴＥＣのＨｉ．Ｖ／Ｔ作動時には、ステップ６に進み、Ｈｉ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを算出する。このＨｉ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、エンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないＨｉ．Ｖ／Ｔ用のトルクベストのカム位相テーブルを参照することにより算出される。このトルクベストのカム位相テーブルにおいては、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、スロットルバルブ１２の全開運転時に十分なトルクが得られるような値に設定されている。
【００２４】
一方、ステップ５の判別結果がＮＯのとき、すなわちＶＴＥＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＥＣ１が「０」で、ＶＴＥＣのＬｏ．Ｖ／Ｔ作動時のときには、ステップ７に進み、Ｌｏ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを算出する。このＬｏ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、上記ステップ６と同様に、エンジン回転数ＮＥに応じて、図示しないＬｏ．Ｖ／Ｔ用のトルクベストのカム位相テーブルを参照することにより算出される。このカム位相テーブルにおいても、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、上記Ｈｉ．Ｖ／Ｔ用のものと同様に、スロットルバルブ１２の全開運転時に十分なトルクが得られるような値に設定されている。
【００２５】
一方、ステップ２の判別結果がＮＯのとき、すなわちスロットルバルブ全開フラグＦ＿ＷＯＴが「０」のときは、スロットルバルブ１２が全開状態でないとして、ステップ３に進み、リーンバーン運転フラグＦ＿ＬＢが「１」であるか否かを判別する。このリーンバーン運転フラグＦ＿ＬＢは、図示しない空燃比制御処理において、エンジン３の運転状態がリーンバーン運転領域にあるときに「１」にセットされ、ストイキ運転領域にあるときに「０」にセットされる。
【００２６】
ステップ３の判別結果がＮＯのとき、すなわちリーンバーン運転フラグＦ＿ＬＢが「０」のときには、ストイキ運転領域であるとして、ステップ８に進み、上述したステップ５と同様に、ＶＴＥＣ作動許可フラグＦ＿ＶＴＥＣ１が「１」であるか否かを判別する。
【００２７】
ステップ８の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＶＴＥＣのＨｉ．Ｖ／Ｔ作動時には、ステップ９に進み、Ｈｉ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを算出する。このＨｉ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図示しないＨｉ．Ｖ／Ｔ用の燃費ベストのカム位相マップを参照することにより算出される。この燃費ベストのカム位相マップにおいては、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、スロットルバルブ１２の全開時以外のストイキ運転時に良好な燃費が得られるような値に設定されている。
【００２８】
一方、ステップ８の判別結果がＮＯのとき、すなわちＶＴＥＣのＬｏ．Ｖ／Ｔ作動時には、ステップ１０に進み、Ｌｏ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを算出する。このＬｏ．Ｖ／Ｔ用の目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、上記ステップ９と同様に、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて、図示しないＬｏ．Ｖ／Ｔ用の燃費ベストのカム位相マップを参照することにより算出される。このＬｏ．Ｖ／Ｔ用のカム位相マップにおいても、上記Ｈｉ．Ｖ／Ｔ用のものと同様に、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸは、スロットルバルブ１２の全開運転時以外のストイキ運転時に良好な燃費が得られるような値に設定されている。
【００２９】
一方、前記ステップ３の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちリーンバーン運転フラグＦ＿ＬＢが「１」のときには、リーンバーン運転されているとして、ステップ４に進み、本発明に係るリーンバーン運転時用の目標カム位相算出処理を実行し、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを求める。図４は、リーンバーン運転時用の目標カム位相算出処理のサブルーチンを示している。同図に示すように、この算出処理では、まず、ステップ４０において、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸの基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴを算出する。具体的には、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴは、リーンバーン運転時用の目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪに応じて、図５（ａ）に一例を示すようなＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルを参照することによって算出される。このリーンバーン運転時用の目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪは、空燃比制御処理において、運転状態（例えばエンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡなど）に応じて算出される。
【００３０】
同図に示すように、このＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルでは、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴは、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪが高いほど、小さい値に設定されており、その傾きは、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪのほぼ値２３の付近を境として、それよりも低い範囲では大きく、高い範囲ではより小さくなるように設定されている。また、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴは、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪが値２３付近よりも高い範囲では、値０に非常に近い値になっている。さらに、図中の基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴのテーブル値を示す曲線よりも上側の領域は、ＮＯｘの発生量は少ないけれども、サージングが発生しやすいサージング領域になっており、さらに、下側の領域は、サージングは発生しにくいけれども、ＮＯｘの発生量が多くなる高ＮＯｘ領域になっている。
【００３１】
これは、以下の理由による。すなわち、極リーンの範囲（図中の右側の範囲）では、燃焼用の燃料が少なくなることにより、ＮＯｘの発生量が減少する。その結果、燃焼が不安定になること、すなわち燃えにくくなることにより、サージング限界が低くなり、サージングの発生頻度が高くなる。これとは逆に、ややリーンの範囲（図中の左側の範囲）では、燃焼用の燃料が多くなることにより、その分、ＮＯｘの発生量が増大する。その結果、燃焼が安定すること、すなわち燃えやすくなることにより、サージング限界が高くなる。したがって、上記のようにＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルの基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴを、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪに対して、サージング領域と高ＮＯｘ領域の境界値として設定することにより、サージングおよびＮＯｘの双方をバランスよく抑制することができる。
【００３２】
次に、ステップ４１に進み、負荷補正係数ＫＬＤを算出する。具体的には、負荷補正係数ＫＬＤは、エンジン３の負荷（例えば吸気管内絶対圧ＰＢＡ）に応じて、ＫＬＤ算出テーブルを参照することによって算出される。図５（ｂ）は、ＫＬＤ算出テーブルの一例を示している。同図に示すように、負荷補正係数ＫＬＤは、中負荷以下の範囲では、値１．０に設定されるとともに、中負荷から高負荷の範囲では、値１．０よりも大きな値で、負荷が高いほど、大きな値に設定され、かつ大きな度合で増加するように設定されている。
【００３３】
このように負荷補正係数ＫＬＤが設定されている理由は、以下による。すなわち、一般に、リーンバーン運転中のエンジン３が高負荷であるときには、低負荷のときと比べて、燃焼用の燃料が多くなることにより、ＮＯｘ発生量が多くなる。しかし、これにより、燃焼が安定することで、カム位相ＣＡＩＮをある程度、進角させても、サージングが発生しにくい。すなわち、サージングが発生しやすくなる領域まで、カム位相ＣＡＩＮを所定量、進角させる余裕がある。したがって、負荷補正係数ＫＬＤを上述したように設定し、高負荷であるほど、カム位相ＣＡＩＮを進角させることによって、サージングが発生しにくい運転状態を確保しながら、内部ＥＧＲ量を増大させることで、高負荷のときのＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３４】
次いで、ステップ４２に進み、クランク角速度変動量補正係数ＫΔＭＥ（以下「ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥ」という）を算出する。具体的には、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥは、クランク角速度ＭＥの変動量ΔＭＥ（以下「変動量ΔＭＥ」という）に応じ、ＫΔＭＥ算出テーブルを参照することによって算出される。
【００３５】
図５（ｃ）は、ＫΔＭＥ算出テーブルの一例を示している。同図に示すように、ＫΔＭＥ算出テーブルでは、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥは、変動量ΔＭＥが大きいほど、小さい値に設定されている。これは、変動量ΔＭＥとサージングの間には強い相関関係があり、変動量ΔＭＥが大きいほど、サージングが発生しやすいからである。具体的には、変動量ΔＭＥが通常運転状態（図中の点描された部分）よりも大きい範囲では、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥは値１．０よりも小さな値に設定されており、これは、変動量ΔＭＥが大きく、サージングが発生しやすい運転状態であると想定されるので、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴをより小さい値に補正することによって、サージングをより良く抑制するためである。
【００３６】
また、変動量ΔＭＥが通常運転状態よりも小さい範囲では、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥは値１．０よりも大きな値に設定されている。これは、変動量ΔＭＥが小さいことで、サージングの発生に対してカム位相ＣＡＩＮを進角させる余裕があるので、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴをより大きい値に補正することによって、ＮＯｘをできるだけ抑制するためである。これに対して、変動量ΔＭＥが通常運転状態の範囲では、サージングが発生していないとともに、サージングの発生に対してほとんど余裕のない状態であると想定されるため、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥはほぼ値１．０に設定されており、遅角や進角は行われない。
【００３７】
次いで、ステップ４３に進み、以上のように算出した基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴに、負荷補正係数ＫＬＤおよびΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥを乗算した値を、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸとしてセットして（ＣＡＩＮＣＭＤＸ←ＣＡＩＮＣＭＤＴ×ＫＬＤ×ＫΔＭＥ）、本処理を終了する。
【００３８】
図２に戻って、ステップ１２において、前述したステップ４，６〜７，９〜１０のいずれかで算出した目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを、これに水温補正係数ＫＴＷＣＩを乗算することにより補正する（ＣＡＩＮＣＭＤＸ←ＣＡＩＮＣＭＤＸ×ＫＴＷＣＩ）。この水温補正係数ＫＴＷＣＩは、エンジン水温ＴＷが所定値以上のときに値１．０に設定され、所定値未満のときに値１．０より小さく、かつエンジン水温ＴＷが低いほど、小さい値に設定される。
【００３９】
次に、図３のステップ１３に進み、しきい値ＤＣＡＣＭＤＸ、第１補正項ＤＣＡＣＭＤＸＡおよび第２補正項ＤＣＡＣＭＤＸＲを算出する。このしきい値ＤＣＡＣＭＤＸは、カム位相ＣＡＩＮを徐々に進角または遅角させるためのものであり、第１補正項ＤＣＡＣＭＤＸＡおよび第２補正項ＤＣＡＣＭＤＸＲはそれぞれ、カム位相ＣＡＩＮを徐々に進角および遅角させるためのものである。これらの算出処理の具体的な内容は省略するが、エンジン水温ＴＷおよびリーンバーンフラグＦ＿ＬＢの値に応じて算出される。
【００４０】
次に、ステップ１４に進み、ステップ１２で算出した目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸと、目標カム位相の前回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）との偏差の絶対値が、しきい値ＤＣＡＣＭＤＸよりも小さいか否かを判別する。
【００４１】
ステップ１４の判別結果がＹＥＳのとき、すなわち｜ＣＡＩＮＣＭＤＸ−ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）｜＜ＤＣＡＣＭＤＸのときは、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸを目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）としてセットする（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）←ＣＡＩＮＣＭＤＸ）。
【００４２】
一方、ステップ１４の判別結果がＮＯのとき、すなわち｜ＣＡＩＮＣＭＤＸ−ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）｜≧ＤＣＡＣＭＤＸのときは、ステップ１６に進み、目標カム位相の算出値ＣＡＩＮＣＭＤＸと、目標カム位相の前回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）との偏差が、値０よりも大きいか否かを判別する。
【００４３】
ステップ１６の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＣＡＩＮＣＭＤＸ−ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）＞０のときは、カム位相ＣＡＩＮを進角させるべきであるとして、目標カム位相の前回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）に第１補正項ＤＣＡＣＭＤＸＡを加算した値を、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）としてセットする（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）←ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）＋ＣＡＣＭＤＸＡ）。
【００４４】
一方、ステップ１６の判別結果がＮＯのとき、すなわちＣＡＩＮＣＭＤＸ−ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）≦０のときは、カム位相ＣＡＩＮを遅角させるべきであるとして、目標カム位相の前回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）から第２補正項ＤＣＡＣＭＤＸＲを減算した値を、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）としてセットする（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）←ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ−１）−ＣＡＣＭＤＸＲ）。
【００４５】
次に、ステップ１９に進み、以上のステップ１５，１７〜１８のいずれかにおいて算出した目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）が、目標カム位相の上限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＨ以上か否かを判別する。この目標カム位相の上限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＨは、カム位相をフィードバック制御するときに、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）が大きいことにより、カム位相が急激に変化してオーバーシュートが発生するのを防止するためのものである。
【００４６】
ステップ１９の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）≧＃ＣＡＩＮＬＭＴＨのときは、ステップ２０に進み、目標カム位相の上限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＨを、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）としてセットして（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）←＃ＣＡＩＮＬＭＴＨ）、本処理を終了する。
【００４７】
一方、ステップ１９の判別結果がＮＯのとき、すなわちＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）＜＃ＣＡＩＮＬＭＴＨのときは、ステップ２１に進み、今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）が、目標カム位相の下限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＬ以下か否かを判別する。この目標カム位相の下限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＬは、カム位相可変機構８が変更可能なカム位相ＣＡＩＮの最小値として設定されている。すなわち、これよりも小さい目標カム位相でカム位相可変機構８を制御しても、カム位相ＣＡＩＮは変化しない。
【００４８】
ステップ２１の判別結果がＹＥＳのとき、すなわちＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）≦＃ＣＡＩＮＬＭＴＬのときは、ステップ２２に進み、目標カム位相の下限値＃ＣＡＩＮＬＭＴＬを、目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）としてセットして（ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）←＃ＣＡＩＮＬＭＴＬ）、本処理を終了する。
【００４９】
一方、ステップ２１の判別結果がＮＯのとき、すなわち＃ＣＡＩＮＬＭＴＬ＜ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）＜＃ＣＡＩＮＬＭＴＨのときは、そのまま本処理を終了する。ＥＣＵ２は、以上のように算出された目標カム位相の今回値ＣＡＩＮＣＭＤ（ｎ）を用いて、カム位相ＣＡＩＮのフィードバック制御またはフィードフォワード制御を実行する。
【００５０】
以上のように、本実施形態の制御装置１によれば、リーンバーン運転されているときに、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪに応じ、図５（ａ）に示すＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルを参照することにより、目標カム位相の基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴが設定される（ステップ４０）。前述したように、このＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルの基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴは、目標空燃比Ａ／ＦＯＢＪに対してサージング領域と高ＮＯｘ領域の境界値として設定されているので、リーンバーン運転時に、サージングおよびＮＯｘの双方をバランスよく抑制できる。
【００５１】
また、目標カム位相の基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴは、負荷補正係数ＫＬＤおよびΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥにより補正される（ステップ４３）。この負荷補正係数ＫＬＤは、中負荷から高負荷の範囲では、値１．０よりも大きな値で、負荷が高いほど、大きな値に設定されるとともに、大きな度合で増加するように設定される（図５（ｂ））。前述したように、リーンバーン運転中に高負荷であるときは、ＮＯｘ発生量は増加するけれども、カム位相ＣＡＩＮを所定量、進角させてもサージングが発生しにくい。したがって、上記のように補正係数ＫＬＤが設定されることにより、高負荷であるほど、カム位相ＣＡＩＮが進角されるので、サージングが発生しにくい状態を確保しながら、内部ＥＧＲ量を増大させることにより、高負荷のときのＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００５２】
さらに、ΔＭＥ補正係数ＫΔＭＥは、サージングの発生と強い相関関係がある変動量ΔＭＥが大きいほど、小さく設定されるとともに、変動量ΔＭＥが通常運転状態よりも大きい範囲では、値１．０よりも小さく設定される（図５（ｃ））。これにより、変動量ΔＭＥが大きくサージングが発生しやすい運転状態のときほど、基本値ＣＡＩＮＣＭＤＴを小さく補正する（進角量を小さく補正する）ことによって、サージングをより良く抑制することができる。
【００５３】
なお、前述した実施形態においては、吸気カム６ａのカム位相ＣＡＩＮを制御するようにしたが、排気カム７ａのクランクシャフト９に対する位相であるカム位相を制御するようにしてもよい。このようにすれば、排気弁５の開閉タイミングを変化させることにより、前述した吸気カム６ａのカム位相制御と同様の効果を得ることができる。また、吸気カム６ａおよび排気カム７ａのカム位相を双方とも制御してもよいことは言うまでもない。
【００５４】
さらに、運転状態を検出するためのパラメータは、エンジン回転数ＮＥ、エンジン水温ＴＷおよび吸気管内絶対圧ＰＢＡに限らず、吸気温度ＴＡなど、運転状態を表すパラメータであればよい。また、負荷を検出するためのパラメータは、吸気管内絶対圧ＰＢＡに限らず、吸入空気量など、負荷を表すパラメータであればよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の内燃機関の制御装置によれば、リーンバーン運転中のサージングおよびＮＯｘを双方とも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。
【図２】制御装置による目標カム位相算出処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の続きを示すフローチャートである。
【図４】リーンバーン運転時用の目標カム位相算出処理を示すフローチャートである。
【図５】（ａ）ＣＡＩＮＣＭＤＴ算出テーブルの一例、（ｂ）ＫＬＤ算出テーブルの一例および（ｃ）ＫΔＭＥ算出テーブルの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 制御装置
２ ＥＣＵ（運転状態検出手段、目標空燃比設定手段、負荷検出手段、目標カ
ム位相算出手段、クランク角速度変動量検出手段）
３ 内燃機関
４ 吸気弁
５ 排気弁
６ａ 吸気カム
７ａ 排気カム
８ カム位相可変機構
９ クランクシャフト
２０ カム角センサ
２１ 吸気管内絶対圧センサ（運転状態検出手段、負荷検出手段）
２３ 水温センサ（運転状態検出手段）
２４ クランク角センサ（運転状態検出手段、クランク角速度変動量検出手段）
A/FOBJ 目標空燃比
CAIN カム位相
CAINCMDX 目標カム位相の算出値（リーンバーン運転時用の目標カム位相）
CAINCMDT 目標カム位相の算出値の基本値（リーンバーン運転時用の目標カム位相の基
本値）
KΔME クランク角変動量補正係数（クランク角速度変動量に応じて基本値を補正す
るための補正係数）
KLD 負荷補正係数（負荷に応じて基本値を補正するための補正係数）
NE エンジン回転数（運転状態を表すパラメータ）
ME クランク角速度
ΔME クランク角速度の変動量
PBA 吸気管内絶対圧（運転状態および負荷を表すパラメータ）
TW エンジン水温（運転状態を表すパラメータ）

Claims (4)

1. リーンバーン運転可能な内燃機関において、吸気弁および排気弁をそれぞれ開閉する吸気カムおよび排気カムの少なくとも一方の、クランクシャフトに対する位相であるカム位相を、設定された目標カム位相に基づいて制御する内燃機関の制御装置であって、
   運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された運転状態に応じてリーンバーン運転時用の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
   負荷を検出する負荷検出手段と、
   前記設定された目標空燃比に応じて、前記リーンバーン運転時用の目標カム位相の基本値を算出し、当該算出した基本値を前記検出された負荷に応じて補正することによって、前記リーンバーン運転時用の目標カム位相を算出する目標カム位相算出手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記クランクシャフトのクランク角速度の変動量を検出するクランク角速度変動量検出手段をさらに備え、
   前記目標カム位相算出手段は、前記基本値を、前記検出された負荷と当該検出されたクランク角速度の変動量とに応じて補正す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. 前記カム位相は、前記吸気弁を開閉する前記吸気カムの、前記クランクシャフトに対する位相であり、
   前記目標カム位相算出手段は、前記基本値を、前記クランク角速度の変動量が大きいほど、より遅角側に補正することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記カム位相は、前記吸気弁を開閉する前記吸気カムの、前記クランクシャフトに対する位相であり、
   前記目標カム位相算出手段は、前記基本値を、前記負荷が高いほど、より進角側に補正することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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