JP4867882B2

JP4867882B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4867882B2
Application number: JP2007254619A
Authority: JP
Inventors: 陽平細川; 知広品川; 雄一加藤; 真吾是永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: JP2009085071A

Description

本発明は、吸気弁の開閉特性を変更する可変動弁機構を制御する内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の可変動弁機構として、吸気弁の開閉特性である開弁期間（バルブ作用角）の変更を行うバルブ作用角可変機構や開閉時期（バルブタイミング）の変更を行うバルブタイミング可変機構が知られている。

さらには、バルブ作用角可変機構とバルブタイミング可変機構とを備え、バルブ作用角の切り替え時に、バルブタイミング可変機構を制御して吸気充填効率を緩らかに変化させ、吸気充填効率の急激な変化に伴うトルクショックを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、低速バルブタイミングと高速バルブタイミングとの切り替え時に、燃料噴射量が一致する時点で切り替えを実施することで、切り替え前後で吸入空気量を一致させてトルクショックを生じさせない技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−１５７５号公報特許第２６１９６９６号公報

従来技術にあるように、吸気弁のバルブ作用角を瞬間的に切り替える場合には、吸入空気量が急激に変化するため、トルクショックが生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構をさらに備え、
前記吸気弁のバルブ作用角を切り替える場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

本発明によると、吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の閉弁時期が吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となる。ここで、内燃機関の吸入特性は吸気弁の閉弁時期が支配的である。そして、吸気弁の閉弁時期が下死点を基準に進角される場合の進角量と吸気弁の閉弁時期が下死点を基準に遅角される場合の遅角量とがほぼ等しければ、吸気弁閉弁時筒内容積がほぼ等しくなり、吸入空気量もほぼ等しくなる。よって、吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の閉弁時期が吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となると、吸気弁のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致する。
したがって、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸入空気量がほぼ一致し、吸入空気量が急激に変化しないため、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後のトルク変化はほぼなくなり、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。

前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となる場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御するとよい。

吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングであれば、吸気弁のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。しかし、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングに制御すると、吸気弁のバルブ作用角切り替え後に、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間が重なる吸排気弁のバルブオーバーラップが増加してしまう場合がある。吸排気弁のバルブオーバーラップが増加すると、内燃機関の筒内に残留する燃焼ガス或いは一旦筒内から排気通路へ排出されて再度筒内へ戻される燃焼ガス、いわゆる内部ＥＧＲガスが増加してしまう。この内部ＥＧＲガスが増加すると、燃焼が悪化し、燃焼悪化に起因して失火する場合がある。このため、吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替え、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングとなる場合に、排気弁のバルブタイミングを排気弁の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるバルブタイミングに制御することも考えられる。これによれば、吸気弁のバルブ作用角切り替え後の吸排気弁のバルブオーバーラップが減少し、内部ＥＧＲガスを減少させることができる。したがって、内部ＥＧＲガスが増加して燃焼が悪化することを抑制でき、燃焼悪化に起因して失火することを抑制できる。しかし、排気弁のバルブタイミングを排気弁の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるバルブタイミングに制御すると、排気弁の開弁時期が極端に進角されて早くなり、膨張行程を十分に取れず、燃焼による発生熱エネルギを仕事に使う量が減少し、仕事量減少に起因する燃費悪化が生じてしまう。

これに対し、本発明によると、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の閉弁時期が吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する。これによれば、吸気弁のバルブ作用角にかかわらず、吸気弁のバルブ作用角切り替え前後の吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。また、吸気弁のバルブ作用角切り替え後の吸排気弁のバルブオーバーラップが過度に増加しないので、内部ＥＧＲガスが過度に増加しない。したがって、内部ＥＧＲガスが過度に増加して燃焼が悪化することを抑制でき、燃焼悪化に起因して失火することを抑制できる。加えて、排気弁のバルブタイミングを変更しないので、排気弁の開弁時期が極端に進角されて早くなることはない。このため、排気弁の開弁時期が極端に進角されて早い場合に膨張行程を十分に取れず燃焼による発生熱エネルギを仕事に使う量が減少するために生じる仕事量減少に起因する燃費悪化を抑制できる。

なお、本発明における吸排気弁のバルブオーバーラップの所定量とは、それ以上のバルブオーバーラップ量であると、内部ＥＧＲガスが過度に増加し、燃焼が悪化し、燃焼悪化に起因して失火するおそれのある量である。

前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の開弁時期が所定時期以上に遅角される場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御するとよい。

吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングであれば、吸気弁のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。しかし、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングに制御すると、吸気弁のバルブ作用角切り替え後の吸気弁の開弁時期が極端に遅角されて遅くなる場合がある。吸気弁の開弁時期が極端に遅角されて遅いと、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まり吸気弁付近で摩擦熱が発生するため内燃機関の筒内温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなる。このノッキングを抑制するため、内燃機関の点火時期を遅角すると、点火時期遅角に起因する燃費悪化が生じてしまう。

これに対し、本発明によると、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の閉弁時期が吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する。これによれば、吸気弁のバルブ作用角にかかわらず、吸気弁のバルブ作用角切り替え前後の吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。また、吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングになり、吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁の開弁時期も進角される。したがって、吸気弁の開弁時期が極端に遅角されて遅いために発生し易かったノッキングを抑制できる。さらに、ノッキングを抑制するために内燃機関の点火時期を遅角する必要が無くなり、点火時期遅角に起因する燃費悪化を抑制できる。

なお、本発明における吸気弁の開弁時期の所定時期とは、それ以上の遅角された遅い時期であると、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まり吸気弁付近で摩擦熱が発生するため筒内温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなる時期である。

前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の開弁時期が所定時期以上に遅角されても、燃料の蒸発特性が悪い場合には、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御するとよい。

冷間時や、燃料にアルコールなどを含む重質燃料を使用している場合などには、燃料の蒸発特性が悪くなる。燃料の蒸発特性が悪い場合には、吸気ポートに向けて噴射された燃料が吸気ポート壁面に液状のまま付着してしまうポートウェットが増大し、内燃機関の燃焼に用いられる燃料が減少するので、所望の燃焼を得るためには燃料の増量が必要となる。そこで、本発明によると、燃料の蒸発特性が悪い場合には、吸気弁のバルブタイミング
を吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御する。これによれば、吸気弁のバルブ作用角切り替え後の吸気弁の開弁時期が極端に遅角されて遅くなる。そして、吸気弁の開弁時期が極端に遅角されて遅いと、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まる。この急激に速まった吸気流速は、吸気ポート壁面に液状のまま付着した燃料を内燃機関の筒内へ流し込み、ポートウェットを減少させる。また、吸気流速が急激に速まると、吸気弁付近で摩擦熱が発生するため内燃機関の筒内温度が上昇する。この上昇した筒内温度は、燃料の霧化を促進する。したがって、ポートウェット増大に起因して内燃機関の燃焼に用いられる燃料が減少することを抑制でき、吸気弁のバルブ作用角切り替え時の燃料の増量を低減できる。

本発明によると、内燃機関の制御装置において、吸気弁のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリンを燃料とする火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。

内燃機関１のシリンダヘッド２には、燃焼室３に連通する吸気ポート４と排気ポート５とが各々設けられている。シリンダヘッド２には、吸気ポート４を開閉する吸気弁６と、排気ポート５を開閉する排気弁７とが設けられている。

吸気弁６には、当該吸気弁６の開閉特性を変更する可変動弁機構が設けられている。この可変動弁機構として、吸気弁６の開閉特性である開弁期間（バルブ作用角）の変更を行う吸気弁バルブ作用角可変機構８と、吸気弁６の開閉特性である開閉時期（バルブタイミング）の変更を行う吸気弁バルブタイミング可変機構９とを備えている。

本実施例における吸気弁バルブ作用角可変機構８は、吸気弁６のリフト量と共にバルブ作用角を２段階に変更する機構である。ここでは、吸気弁６のリフト量及びバルブ作用角が小さい方を小作用角、吸気弁６のリフト量及びバルブ作用角が大きい方を大作用角という。

なお、本実施例では、吸気弁バルブ作用角可変機構８は、吸気弁６のリフト量と共にバルブ作用角を２段階に変更するだけの機構であったが、本発明としては、バルブ作用角を少なくとも２段階に変更できればよく、例えば、バルブ作用角を２段階以上の３段階などに変更できるものにも適用できるし、バルブ作用角を連続的に変更できるものでもバルブ作用角を瞬間的に大きさの離れた作用角に変更する場合に適用できる。

一方、本実施例における吸気弁バルブタイミング可変機構９は、吸気弁６のバルブ作用角を一定に維持したまま吸気弁６の開閉タイミングを連続的に変更する機構である。

シリンダヘッド２には、内燃機関１の筒内にて火花を発生する点火プラグ１０が設けられている。

シリンダヘッド２には、吸気ポート４に連通する吸気管１１と、排気ポート５に連通する排気管１２とが接続されている。また、吸気管１１には、吸気ポート４へ向けて燃料を
噴射する燃料噴射弁１３が設けられている。吸気管１１には、エアフローメータ１４が設けられている。

エアフローメータ１４は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１５と電気的に接続され、該エアフローメータ１４の出力信号がＥＣＵ１５に入力されるようになっている。ＥＣＵ１５には、エアフローメータ１４に加え、内燃機関１に取り付けられた水温センサ１６及びクランクポジションセンサ１７などの各種センサが電気的に接続されている。

ＥＣＵ１５は、各種センサの出力信号に基づいて、吸気弁バルブ作用角可変機構８、吸気弁バルブタイミング可変機構９、点火プラグ１０、及び燃料噴射弁１３を電気的に制御することが可能になっている。

次に、本実施例における吸気弁バルブ作用角可変機構８の制御について説明する。図２は、本実施例における内燃機関１の運転状態に応じた吸気弁のバルブ作用角の使用領域を例示した概略図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数ＮＥを表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。

図２において、内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域では、吸入空気量が少なくてすむので、吸気弁６のバルブ作用角に小作用角が選択される。吸気弁６のバルブ作用角が小作用角であることで、吸気管１１に設けられるスロットル弁開度の上昇を図ると共にポンプ損失の低減を図っている。内燃機関１の運転状態が高負荷及び／又は高回転の領域では、吸入空気量が多く必要なので、吸気弁６のバルブ作用角に大作用角が選択される。

このように、吸気弁バルブ作用角可変機構８を用いて吸気弁６のバルブ作用角を小作用角と大作用角とに切り替えるようにしている。

ところで、例えば内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域から高負荷領域及び／又は高回転領域へ移行する場合には、吸気弁バルブ作用角可変機構８により、吸気弁６のバルブ作用角は小作用角から大作用角に瞬間的に切り替わる。また、内燃機関１の運転状態が高負荷領域及び／又は高回転領域から低負荷・低回転の領域へ移行する場合には、吸気弁バルブ作用角可変機構８により、吸気弁６のバルブ作用角は大作用角から小作用角に瞬間的に切り替わる。

そして、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角から大作用角に瞬間的に切り替わる場合には、吸入空気量が切り替え後に急激に増加し、トルクショックが生じてしまう。また、吸気弁６のバルブ作用角が大作用角から小作用角に瞬間的に切り替わる場合には、吸入空気量が切り替え後に急激に減少し、トルクショックが生じてしまう。これらのように吸気弁６のバルブ作用角を瞬間的に切り替える場合には、吸入空気量が瞬間的に急激に変化するため、トルクショックが生じてしまう。

そこで、上記のように吸気弁６のバルブ作用角を切り替える場合に、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）が略同一となるバルブタイミングに制御することが考えられる。

図３は、一例として、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。

これによると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一
のタイミングとなる。ここで、内燃機関１の吸入特性は吸気弁６の閉弁時期が支配的である。よって、吸気弁６の閉弁時期が略同一のタイミングであると、吸気弁６のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致する。したがって、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸入空気量がほぼ一致し、吸入空気量が急激に変化しないため、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後のトルク変化はほぼなくなり、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。

しかし、図３に示すように、排気弁７のバルブタイミングを変更しない場合には、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後に、吸気弁６の開弁期間と排気弁７の開弁期間が重なる吸排気弁のバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）が過度に増加してしまう場合がある。吸排気弁のバルブオーバーラップが過度に増加すると、内燃機関１の筒内に残留する燃焼ガス或いは一旦筒内から排気ポート５へ排出されて再度筒内へ戻される燃焼ガス、いわゆる内部ＥＧＲガスが過度に増加してしまう。内部ＥＧＲガスが過度に増加すると、燃焼が悪化し、燃焼悪化に起因して失火する場合がある。

そこで、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えると共に吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一のタイミングとなるバルブタイミングに制御するときに、排気弁７のバルブタイミングを排気弁７の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを内部ＥＧＲガスが規定量以下となるように減少させるバルブタイミングに制御することが考えられる。

ここで、内部ＥＧＲガスの規定量とは、内部ＥＧＲガスがそれ以下の量であると燃焼を悪化させず、燃焼悪化に起因した失火を抑制できる量である。

図４は、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングにすると共に、排気弁７のバルブタイミングを排気弁７の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを内部ＥＧＲガスが規定量以下となるように減少させるバルブタイミングに制御する場合を示す説明図である。

これによると、排気弁７のバルブタイミングを排気弁７の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるバルブタイミングに制御するので、切り替え後の吸排気弁のバルブオーバーラップが減少し、内部ＥＧＲガスを減少させることができる。したがって、内部ＥＧＲガスが過度に増加して燃焼が悪化することを抑制でき、燃焼悪化に起因して失火することを抑制できる。

しかし、排気弁７のバルブタイミングを排気弁７の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるバルブタイミングに制御すると、排気弁７の開弁時期（ＥＶＯ）が極端に進角されて早くなる。排気弁７の開弁時期が極端に進角されて早くなると、膨張行程を十分に取れず、燃焼による発生熱エネルギを仕事に使う量が減少し、仕事量減少に起因する燃費悪化が生じてしまう。

そこで、本実施例では、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングであり、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となる場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９により、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御するようにした。

なお、吸排気弁のバルブオーバーラップの所定量とは、それ以上のバルブオーバーラップ量であると、内部ＥＧＲガスが過度に増加し、燃焼が悪化し、燃焼悪化に起因して失火するおそれのある量である。

図５は、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。図５に示すように、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングである場合には、吸気弁６のバルブタイミングを、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングにしている。

本実施例によると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となる。ここで、内燃機関１の吸入特性は吸気弁６の閉弁時期が支配的である。そして、吸気弁６の閉弁時期が下死点を基準に進角される場合の進角量と吸気弁６の閉弁時期が下死点を基準に遅角される場合の遅角量とがほぼ等しければ、吸気弁閉弁時筒内容積がほぼ等しくなり、吸入空気量もほぼ等しくなる。よって、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となると、吸気弁６のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致する。したがって、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸入空気量がほぼ一致し、吸入空気量が急激に変化しないため、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後のトルク変化はほぼなくなり、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。

また、吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替え、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御したときに、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となるのは、吸気弁６のバルブ作用角切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングの場合である。このとき、本実施例のように、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングになり、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸気弁６の開弁時期も遅角される。吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸気弁６の開弁時期が遅角されると、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸排気弁のバルブオーバーラップが過度に増加しないので、内部ＥＧＲガスが過度に増加しない。したがって、内部ＥＧＲガスが過度に増加して燃焼が悪化することを抑制でき、燃焼悪化に起因して失火することを抑制できる。

加えて、本実施例によると、排気弁７のバルブタイミングを変更しないので、排気弁７の開弁時期が極端に遅角されて早くなることはない。このため、排気弁７の開弁時期が極端に遅角されて早い場合に膨張行程を十分に取れず燃焼による発生熱エネルギを仕事に使う量が減少するために生じる仕事量減少に起因する燃費悪化を抑制できる。

次に、本実施例による吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンについて説明する。図６は、本実施例による吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１５は、内燃機関１の運転状態から吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが必要か否か判別する。

具体的には、内燃機関１の運転状態が低負荷・低回転の領域から高負荷領域及び／又は高回転領域へ移行する場合、或いは内燃機関１の運転状態が高負荷領域及び／又は高回転領域から低負荷・低回転の領域へ移行する場合に、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが必要と判断する。

ステップＳ１０１において吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが必要と肯定判定された場合には、ステップＳ１０２へ移行する。ステップＳ１０１において吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが必要ないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１５は、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を算出する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１５は、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが小作用角から大作用角に切り替えるもので、そのときの吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前の吸気弁の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）よりも進角側のタイミングであるか否か判別する。

なお、本実施例では、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角の場合として作用角が１８０°以下を想定し、大作用角の場合として作用角が１８０°以上を想定している。このため、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが小作用角から大作用角に切り替えるもので、そのときの吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前の吸気弁の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングであれば、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となることが必然的に肯定されるものとしている。しかし、本発明としては、これに限られず、本ステップの判別に、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となるか否かの判別を加えてもよい。

ステップＳ１０３において肯定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。ステップＳ１０１において否定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１５は、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における目標作用角から、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を、ステップＳ１０２で算出した吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期（ＩＶＣ）とは下死点（ＢＤＣ）に対して略対称となるバルブタイミングに変更するために要求される位相変更量を算出する。

一方、ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１５は、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における目標作用角から、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期（ＩＶＣ）を、ステップＳ１０２で算出した吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁の閉弁時期（ＩＶＣ）に略同一とさせるバルブタイミングに変更するために要求される位相変更量を算出する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１５は、吸気弁バルブ作用角可変機構８により吸気弁６のバルブ作用角を切り替えると共に、吸気弁バルブタイミング可変機構９により算出した位相変更量だけ吸気弁６のバルブタイミングを変更する。

具体的には、ステップＳ１０４を経由した場合には、吸気弁バルブ作用角可変機構８により吸気弁６のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えると共に、吸気弁バルブタイミング可変機構９によりステップＳ１０４で算出した位相変更量だけ吸気弁６のバルブタイミングを変更し、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期（ＩＶＣ）を下死点に対して略対称とする。

また、ステップＳ１０５を経由した場合には、吸気弁バルブ作用角可変機構８により吸気弁６のバルブ作用角を切り替えると共に、吸気弁バルブタイミング可変機構９によりステップＳ１０５で算出した位相変更量だけ吸気弁６のバルブタイミングを変更し、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期（ＩＶＣ）を略同一とする。

ステップＳ１０６の処理の後、本ルーチンを一旦終了する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できると共に、仕事量減少に起因する燃費悪化を抑制できる。

＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。ここでは、上述した実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

図７は、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一のタイミングとなるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。この場合には、吸気弁６のバルブ作用角にかかわらず、吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。

しかし、図７に示すように、吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側であると、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸気弁６の開弁時期が極端に遅角されて遅くなる場合がある。吸気弁６の開弁時期が極端に遅角されて遅いと、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まり吸気弁６付近で摩擦熱が発生するため内燃機関１の筒内温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなる。このノッキングを抑制するため、内燃機関１の点火時期を遅角すると、点火時期遅角に起因する燃費悪化が生じてしまう。

そこで、本実施例では、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の開弁時期が所定時期以上に遅角される場合に、吸気弁バルブタイミング可変機構９により、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御するようにした。

なお、吸気弁６の開弁時期の所定時期とは、それ以上の遅角された遅い時期であると、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まり吸気弁６付近で摩擦熱が発生するため筒内温度が上昇し、ノッキングが発生し易くなる時期である。

図８は、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が
下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。図８に示すように、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングである場合には、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角となった吸気弁６のバルブタイミングを、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングにしている。

本実施例によると、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する。これによれば、上記実施例１と同様に、吸気弁６のバルブ作用角にかかわらず、吸気弁６のバルブ作用角切り替え前後の吸入空気量がほぼ一致し、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できる。

また、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替え、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御したときに、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の開弁時期が所定時期以上に遅角されるのは、吸気弁６のバルブ作用角切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングの場合である。このとき、本実施例のように、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングになり、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後における吸気弁６の開弁時期も進角される。したがって、吸気弁６の開弁時期が極端に遅角されて遅いために発生し易かったノッキングを抑制できる。さらに、ノッキングを抑制するために内燃機関１の点火時期を遅角する必要が無くなり、点火時期遅角に起因する燃費悪化を抑制できる。

ところで、冷間時や、燃料にアルコールなどを含む重質燃料を使用している場合などには、燃料の蒸発特性が悪くなる。燃料の蒸発特性が悪い場合には、吸気ポート４に向けて噴射された燃料が吸気ポート壁面に液状のまま付着してしまうポートウェットが増大し、内燃機関１の燃焼に用いられる燃料が減少するので、所望の燃焼を得るためには燃料の増量が必要となる。

そこで、本実施例では、吸気弁６のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前における吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の開弁時期が所定時期以上に遅角されても、燃料の蒸発特性が悪い場合には、吸気弁バルブタイミング可変機構９により、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御するようにした。

本実施例によると、燃料の蒸発特性が悪い場合には、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御する。これによれば、図７に示すように、吸気弁６の閉弁時期が下死点よりも遅角側であると、吸気弁６のバルブ作用角切り替え後の吸気弁６の開弁時期が極端に遅角されて遅くなる。そして、吸気弁６の開弁時期が極端に遅角されて遅いと、増大した筒内負圧の影響で吸気流速が急激に速まる。この急激に速まった吸気流速は、吸気ポート壁面
に液状のまま付着した燃料を内燃機関１の筒内へ流し込み、ポートウェットを減少させる。また、吸気流速が急激に速まると、吸気弁６付近で摩擦熱が発生するため内燃機関１の筒内温度が上昇する。この上昇した筒内温度は、燃料の霧化を促進する。よって、内燃機関１の筒内へ流入する燃料が増加することと、燃料の霧化が促進されることとによって、内燃機関１の燃焼に用いられる燃料が増加する。したがって、ポートウェット増大に起因して内燃機関１の燃焼に用いられる燃料が減少することを抑制でき、所望の燃焼を得るための燃料の増量が少なくてすみ、吸気弁のバルブ作用角切り替え時の燃料の増量を低減できる。

次に、本実施例による吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンについて説明する。図９は、本実施例による吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンは、図６に示すルーチンとステップＳ２０１及びＳ２０２が異なるものであるので、その異なる部分のみ説明する。

ステップＳ１０２に引き続くステップＳ２０１では、ＥＣＵ１５は、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが大作用角から小作用角に切り替えるもので、そのときの吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前の吸気弁の閉弁時期が下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側のタイミングであるか否か判別する。

なお、本実施例では、吸気弁６のバルブ作用角が小作用角の場合として作用角が１８０°以下を想定し、大作用角の場合として作用角が１８０°以上を想定している。このため、吸気弁６のバルブ作用角の切り替えが大作用角から小作用角に切り替えるもので、そのときの吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前の吸気弁の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであれば、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の開弁時期が所定時期以上に遅角されることが必然的に肯定されるものとしている。しかし、本発明としては、これに限られず、本ステップの判別に、吸気弁６のバルブタイミングを吸気弁６のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁６の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸気弁６のバルブ作用角の切り替え後における吸気弁６の開弁時期が所定時期以上に遅角されるか否かの判別を加えてもよい。

ステップＳ２０１において肯定判定された場合には、ステップＳ２０２へ移行する。ステップＳ２０１において否定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ１５は、燃料の蒸発特性が悪いか否か判別する。冷間時や、燃料にアルコールなどを含む重質燃料を使用している場合などに、燃料の蒸発特性が悪いと判定する。

ステップＳ２０２において燃料の蒸発特性が悪いと肯定判定された場合には、ステップＳ１０５へ移行する。ステップＳ２０２において燃料の蒸発特性が悪くはないと否定判定された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。

以降は、各ステップの処理を実行し、本ルーチンを一旦終了する。

以上の制御ルーチンを実行することにより、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時のトルクショックを抑制できると共に、ノッキングを抑制でき、点火時期遅角に起因する燃費低下を抑制できる。また、吸気弁６のバルブ作用角切り替え時の燃料の増量を低減できる。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関の概略構成を示す図である。実施例１に係る内燃機関の運転状態に応じた吸気弁のバルブ作用角の使用領域を示す図である。吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングにすると共に、排気弁のバルブタイミングを排気弁の閉弁時期を進角させて吸排気弁のバルブオーバーラップを減少させるバルブタイミングに制御する場合を示す説明図である。実施例１に係る吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。実施例１に係る吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンを示したフローチャートである。吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が略同一のタイミングとなるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。実施例２に係る吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、吸気弁のバルブタイミングを吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で吸気弁の閉弁時期が下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御する場合の説明図である。実施例２に係る吸気弁バルブ作用角切り替え制御ルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
２シリンダヘッド
３燃焼室
４吸気ポート
５排気ポート
６吸気弁
７排気弁
８吸気弁バルブ作用角可変機構
９吸気弁バルブタイミング可変機構
１０点火プラグ
１１吸気管
１２排気管
１３燃料噴射弁
１４エアフローメータ
１５ＥＣＵ
１６水温センサ
１７クランクポジションセンサ

Claims

吸気弁のバルブ作用角を少なくとも２段階に切り替え可能な吸気弁バルブ作用角可変機構を備えた内燃機関の制御装置において、
前記吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気弁バルブタイミング可変機構をさらに備え、
前記吸気弁のバルブ作用角を切り替える場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記吸気弁のバルブ作用角を小作用角から大作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも進角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、吸排気弁のバルブオーバーラップが所定量以上となる場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御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。
前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の開弁時期が所定時期以上に遅角される場合に、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の閉弁時期が前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期と下死点に対して略対称となるバルブタイミングに制御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。
前記吸気弁のバルブ作用角を大作用角から小作用角に切り替えるときに、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前における前記吸気弁の閉弁時期が下死点よりも遅角側のタイミングであり、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御すると、前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え後における前記吸気弁の開弁時期が所定時期以上に遅角されても、燃料の蒸発特性が悪い場合には、前記吸気弁のバルブタイミングを前記吸気弁のバルブ作用角の切り替え前後で前記吸気弁の閉弁時期が略同一となるバルブタイミングに制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。