JP4899772B2

JP4899772B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4899772B2
Application number: JP2006278657A
Authority: JP
Inventors: 純一森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-10-12
Also published as: JP2008095607A

Description

本発明は、吸気バルブの開期間の一部と排気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせるバルブオーバーラップ制御を行う内燃機関の制御装置に関する。

排気ガスの一部を気筒内に還流させ、新しく吸入された空気と一緒に混合させる、排気還流（以下、ＥＧＲ）が、種々の車両で利用されている。これにより、燃焼室の空気の酸素濃度を低くし、気筒内の燃焼を緩やかにして燃焼温度を下げ、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を低減させることが可能になる。ＥＧＲには、排気通路の排気ガスを吸気通路に供給する、いわゆる外部ＥＧＲと、排気通路の排気ガスを燃焼室内に直接戻す、いわゆる内部ＥＧＲとがある。この内、内部ＥＧＲは、内燃機関の燃焼室と排気通路との間に配置された排気バルブが開いている時期に、燃焼室と吸気通路との間に配置された吸気バルブを開いて、排気バルブの開期間の一部と吸気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせることで、生じさせられる。

この内部ＥＧＲでは、吸気側および排気側の差圧によって、燃焼室に取り込まれる、換言すると残留される排気還流量が変動する。したがって、過渡運転時において、その差圧の変動が大きくなると、内部ＥＧＲでは、適切な量の排気ガスを燃焼室に残留させることが出来なくなる。かかる問題を解決するため、例えば特許文献１において、内燃機関の排気ガス浄化装置が提案されている。この装置は、排気側および吸気側の差圧が変動するときに、排気バルブよりも下流側の排気通路の部分に設けた排気絞り弁の開度を適宜調節して、これにより吸気圧に対して排気圧の大きさを所望の値に設定し、燃焼室に所望の量の排気ガスを還流させるようにするものである。

特開２００３−９７２５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、排気通路の開度調節用に排気絞り弁が設けられなければならず、各種車両への適用を考慮すると構造が複雑になるという問題がある。

そこで、本発明は、構造を複雑にせず、過渡運転時でも、吸気バルブの開期間の一部と排気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせることにより、適切な量の排気ガスを燃焼室に残留させることを可能にする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による内燃機関の制御装置は、吸気バルブの開期間の一部と排気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせるバルブオーバーラップ制御を行う内燃機関の制御装置であって、前記バルブオーバーラップが生じるか否かを判定するバルブオーバーラップ判定手段と、所定の点火時期で燃焼室の混合気に点火する点火手段と、前記燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、前記スロットルバルブの開度の目標値である要求スロットル開度を導出する要求スロットル開度導出手段と、前記要求スロットル開度が過渡的に変化したか否かを判定する要求スロットル開度判定手段と、前記バルブオーバーラップ判定手段により前記バルブオーバーラップが生じると判定され、且つ、前記要求スロットル開度判定手段により前記要求スロットル開度が過渡的に変化したと判定されたとき、その判定時以降の最初の点火時期を前記要求スロットル開度に基づいて補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、バルブオーバーラップ判定手段によりバルブオーバーラップが生じると判定され、且つ、要求スロットル開度判定手段により要求スロットル開度が過渡的に変化したと判定されたとき、補正手段がその判定時以降の最初の点火時期を要求スロットル開度に基づいて補正するので、スロットルバルブの開度が変動することによる吸気圧に対して、排気圧を適切な圧力に調節することが可能になる。したがって、過渡運転時でも、吸気バルブの開期間の一部と排気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせることによる、排気ガスの燃焼室への残留量を、適切な量にすることが可能になる。このようにして、適切な量の排気ガスを燃焼室に残留させることが出来るので、構造を複雑にせず、本発明を各種車両に適用することが可能になる。

なお、前記補正手段は、前記要求スロットル開度が過渡的に増大したとき、前記最初の点火時期を遅角補正すると良い。他方、前記補正手段は、前記要求スロットル開度が過渡的に減少したとき、前記最初の点火時期を進角補正すると良い。

好ましくは、前記内燃機関は、多気筒内燃機関であって、前記内燃機関の制御装置は、前記スロットルバルブの開度を、前記要求スロットル開度導出手段により導出された前記要求スロットル開度に制御するスロットル開度制御手段をさらに備え、該スロットル開度制御手段は、前記バルブオーバーラップ判定手段により前記バルブオーバーラップが生じると判定され、且つ、前記要求スロットル開度判定手段により前記要求スロットル開度が過渡的に変化したと判定されたとき、その判定時以降に前記最初の点火時期が最初に出現する、制御上対象となる一の対象気筒において、該最初の点火時期以降の最初の吸気行程の開始時に、該対象気筒の吸気ポートの吸気圧が前記要求スロットル開度に対応した吸気圧に達するように、前記スロットルバルブの開度変更を遅らせて開始する。これにより、上記点火時期の補正により排気圧の変動を生じさせることができる排気行程の一部と、スロットルバルブの開度の変更により吸気圧が変動し、その吸気圧の影響を受ける吸気行程の一部とをより確実に重ねることが可能になる。ただし、前記対象気筒の前記吸気ポートの吸気圧は、前記吸気ポートの最下流点の圧力であるのが好ましい。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。

まず、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態の内燃機関の制御装置が適用された車両のエンジンシステムの概念図を図１に示す。本第１実施形態のエンジン（内燃機関）１０は、ポート噴射形式の火花点火式内燃機関である。

エンジン１０において、吸気口から吸入された空気（吸気）は、エアクリーナ１２を介して吸気通路１４に導入される。吸気通路１４は、主として、吸気管１６、サージタンク１８、吸気マニホルド２０、吸気ポート２２により形成されている。空気は、吸気管１６の途中に設けられたスロットルバルブ２４の開度によりその流量が調整されつつ、サージタンク１８に流入し、各気筒（シリンダ）２６に対応して分岐形成された吸気マニホルド２０に分流する。このスロットルバルブ２４の開度は、運転者によって操作されるアクセルペダル２８の踏み込み量に対応するように、スロットルアクチュエータ３０によって調整される。このように、スロットルバルブ２４は、その開閉動作を電子的に制御できる吸気絞り弁である。

吸気マニホルド２０には燃料噴射弁３２が配設されている。燃料噴射弁３２により噴射された燃料は分流した空気と混合されて、吸気バルブ３４を介して、イグニッションコイル３６への制御により作動される点火プラグ３８が上部中央に配設された燃焼室４０に吸入される。

各気筒２６の燃焼室４０で、混合気は点火プラグ３８により点火される。その点火により生じた火炎が混合気の全体に次第に伝播し、混合気は燃焼する。燃焼により生じた排気ガスは、排気バルブ４２を介して、排気通路４４に排出される。排気ポート４６、排気マニホルド４８と共に排気通路４４を区画形成する排気管５０の途中に配設された触媒コンバータ５２を通過することで、排気ガスは浄化されて、大気中に排出される。

上記吸気バルブ３４および排気バルブ４２を開閉駆動する動弁機構（不図示）は、本第１実施形態では、吸気バルブ３４および排気バルブ４２の作用角（作動角）の位相およびリフト量を自由に可変、すなわちそれらのバルブタイミングを自由に可変とすると共に、それらのリフト量を自由に可変とする可変動弁機構である。より詳しくは、本第１実施形態において、この動弁機構は、電磁コイルの電磁力により吸気バルブ３４および排気バルブ４２を動かすものであり、それら吸排気バルブ３４、４２は電磁駆動弁とされている。それ故、吸気バルブ３４および排気バルブ４２の各電磁コイルの制御される通電駆動による電磁力により、それらの作用角の位相やリフト量は自由に変えられる。

燃料噴射制御、点火時期制御、等を行うために、電子制御ユニット（ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５４が備えられている。ＥＣＵ５４は、ＣＰＵと、種々のプログラムやデータを記録するＲＯＭやＲＡＭと、入力インターフェイス回路と、出力インターフェイス回路とを備えるマイクロコンピュータで構成されている。入力インターフェイス回路には、シリンダブロック５６に伝わるノッキングによる高周波振動を検出するためのノックセンサ５８、スロットルバルブ２４よりも下流側の吸気圧を検出するための吸気圧センサ６０、スロットルバルブ２４の開度、すなわちスロットル開度（実スロットル開度）ＴＡを検出するためのスロットルポジションセンサ６２、アクセルペダル２８の踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ６４、シリンダブロック５６に設けられていて、連接棒を介してピストン６６が連結されているクランクシャフト６８のクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ７０、シリンダブロック５６に設けられていてエンジン１０の冷却水の温度（冷却水温）を検出するための水温センサ７２、触媒コンバータ５２の上流側を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出するためのＯ_２センサ７４などが電気配線を介して接続されている。なお、本第１実施形態ではクランクポジションセンサ７０をエンジン１０の回転数（回転速度）を検出するための回転数センサとして用いている。そして、ＥＣＵ５４の出力インターフェイス回路は、燃料噴射弁３２、イグナイタを内蔵したイグニッションコイル３６、動弁機構、そして、スロットルアクチュエータ３０などに接続されていて、上記各種センサ等からの出力信号に基づいて得られたデータに基づき、ＥＣＵ５４はそれらを制御する。

エンジン１０では、吸気圧センサ６０からの出力信号に基づく吸気圧、アクセルポジションセンサ６４からの出力信号に基づくアクセル開度、クランクポジションセンサ７０からの出力信号に基づくエンジン回転数など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転数で表される運転状態に基づいて、予めＲＯＭに記憶されているデータを検索するなどして、基本燃料噴射量、基本燃料噴射時期、基本点火時期等が設定される。そして、エンジン１０の冷却水温などでそれらの基本値を補正して、制御上目標とされる燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等が導出され、燃料噴射弁３２、点火プラグ３８等の作動が制御される。

具体的には、エンジン１０のＥＣＵ５４は、通常、運転状態に基づいてエンジン１０の状態を総合的に判定し、予めＲＯＭに記憶されているデータを検索することで得られる基本点火時期を、ノッキング補正などによって進角補正あるいは遅角補正を行って最適な点火時期ＳＡを決定する。そして、イグナイタに点火信号を送ることによって、決定された点火時期ＳＡでの混合気への点火が実行される。

また、エンジン１０では、運転状態に基づいて、予めＲＯＭに記憶されているデータを検索することで導出されるバルブタイミングおよびリフト量で吸気バルブ３４および排気バルブ４２の動作が制御されるように、ＥＣＵ５４は動弁機構を制御する。本第1実施形態では、エンジン１０の始動時や軽負荷運転時、並びに高負荷域であって高回転での運転時などでは、バルブオーバーラップをなくすようなバルブタイミングになるように、動弁機構は制御される。他方、中負荷運転時や、高負荷域であって低中負荷回転での運転時などでは、所定量のバルブオーバーラップが生じるバルブタイミングになるように、動弁機構は制御される。このように、ＥＣＵ５４は、バルブオーバーラップ制御を行う。

なお、通常、ＥＣＵ５４は、スロットル開度の制御上の目標値となる、要求スロットル開度ＴＡ_ｔに、現在のスロットル開度ＴＡが一致するように、スロットル開度制御を行っている。要求スロットル開度ＴＡ_ｔとは、運転者によるアクセルペダル２８の踏み込み量、すなわちアクセル開度に対応した値である。

そして、内部ＥＧＲ量を所望量に調節すべく、過渡運転時、換言すると、アクセル開度が急速度で大きく変わり、スロットル開度が急速度で大きく変わる、エンジン１０の急加速時や急減速時等には、ＥＣＵ５４は点火時期ＳＡを補正するようにしている。この制御について、図２のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎、例えばおよそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。なお、上述の如く、通常の点火時期制御およびスロットル開度制御が行われている状態の下、ＥＣＵ５４は、それらの通常の制御とは別に、図２のフローチャートにしたがって点火時期の補正制御を行う。

まず、ＥＣＵ５４は、ステップＳ２０１で、吸気バルブ３４の開期間の一部と、排気バルブ４２の開期間の一部とが重なる、バルブオーバーラップが生じる運転状態か否かを判定する。これは、運転状態に基づいて、不図示のマップ化されたデータを検索することで行われる。そして、否定されると当該ルーチンは終了される。他方、肯定されると、ステップＳ２０３へ進む。なお、このステップＳ２０１での判定は、バルブオーバーラップが生じるか否かを判定することに対応する。

ステップＳ２０３では、現在のスロットル開度（実スロットル開度）ＴＡが検出される。これは、スロットルポジションセンサ６２からの出力信号に基づいて導出される。

次いで、ステップＳ２０５では、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが導出される。これは、アクセルポジションセンサ６４からの出力信号に基づいて求められるアクセル開度に対応した値である。より具体的には、予めＲＯＭに記憶されている、アクセル開度と要求スロットル開度ＴＡ_ｔとの関係を定めたマップ化されたデータを検索することで、現在のアクセル開度に対応した要求スロットル開度ＴＡ_ｔが求められる。

そして、ステップＳ２０７で、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差の大きさ（｜ＴＡ_ｔ−ＴＡ｜）が所定量εを超えるか否かが判定される。なお、このステップＳ２０７での判定は、要求スロットル開度が過渡的に変化したか否かの判定に対応する。ステップＳ２０３で求められた現在のスロットル開度ＴＡと、ステップＳ２０５で求められた要求スロットル開度ＴＡ_ｔとの差の絶対値が、すなわち現在のスロットル開度ＴＡを基準にした要求スロットル開度ＴＡ_ｔのずれ幅の値（｜ＴＡ_ｔ−ＴＡ｜）が所定量εと比較される。ただし、所定量εは、所望の内部ＥＧＲ量を得ることが難しくなる大きさの、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差であり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。そして、それが所定量εを超えていないと判定されて否定されるに至ると、当該ルーチンは終了される。他方、ステップＳ２０７の判定で肯定されるに至ると、ステップＳ２０９へ進む。なお、ステップＳ２０７で肯定されるということは、本発明に従い点火時期ＳＡを補正しなければ、バルブオーバーラップにより適切なＥＧＲ量を確保することが出来ないということを意味している。

ステップＳ２０９へ進むと、ステップＳ２０５で求められた要求スロットル開度ＴＡ_ｔと、ステップＳ２０３で検出された現在のスロットル開度ＴＡとの差（ＴＡ_ｔ−ＴＡ）が「０」を超えているのか否か、すなわち正であるのか否かが判定される。この判定は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが、現在のスロットル開度ＴＡに対して、その開度が大きくなる方向に変化することを要求するものか否かを判定するものである。さらに換言すると、この判定は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが増大したときか否かを判定することに対応している。

なお、上記ステップＳ２０７および上記ステップＳ２０９の判定は、両者で、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差が所定量を越えるか否かの判定に対応する。より詳細には、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差（ＴＡ_ｔ−ＴＡ）が正か負かの判定を行い、さらに加えて、それが正のときには所定量「ε」を正側へ越えるか否かの判定を行い、他方、それが負のときには所定量「−ε」を負側へ越えるか否かの判定を行うことに対応する。すなわち、これらの判定は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に増大したときであるのか、それが過渡的に減少したときであるのか、あるいはそれが過渡的に変化しないのか、のいずれであるのかを判別する判定に対応する。

ステップＳ２０９で要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差が「０」を超えているとして肯定されるに至ると、ステップＳ２１１へ進み、運転状態に基づく点火時期ＳＡが導出される。そして次ぐステップＳ２１３でそのステップＳ２１１で求められた点火時期ＳＡが所定の遅角量ΔＳＡ分、補正される。これにより、ステップＳ２０７およびステップＳ２０９での判定時以降直ぐの、最初の点火時期ＳＡが遅角補正され、遅角された点火時期ＳＡで点火が行われることになる。なお、この所定の遅角量ΔＳＡは、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。好ましくは、この補正により、圧縮上死点後、数°の所定の時期にまで、点火時期ＳＡは遅角される。ただし、ステップＳ２１３での点火時期ＳＡの遅角補正は、ステップＳ２０９で肯定された後、最初の点火時期のみに適用される。したがって、さらにその次の点火時期ＳＡは、ステップＳ２１３での遅角補正が行われない、運転状態に基づいて上記の如く通常求められる点火時期ＳＡになる。

他方、ステップＳ２０９で否定されるに至ると、ステップＳ２１５へ進み、上記ステップＳ２１１と同様にして、点火時期ＳＡが導出される。そして、次ぐステップＳ２１７でその点火時期ＳＡが所定の遅角量ΔＳＡ分、ステップＳ２１５とは逆向きに、すなわち進角側に補正される。これにより、ステップＳ２０７およびステップＳ２０９での判定時以降直ぐの、最初の点火時期ＳＡが進角補正され、この進角された点火時期ＳＡで点火が行われることになる。ただし、ステップＳ２１７での点火時期ＳＡの進角補正は、ステップＳ２０９で否定された後、最初の点火時期のみに適用される。したがって、さらにその次の点火時期ＳＡは、ステップＳ２１７での進角補正が行われない、運転状態に基づいて上記の如く通常求められる点火時期ＳＡになる。

次に、このような制御による効果等について、詳述する。まず、上記第１実施形態の制御を行わない場合について図３の概念図に基づいて説明する。次に、上記第１実施形態の制御を行った場合について図４の概念図に基づいて説明する。

上記第１実施形態の制御を行わない場合について説明する。ＥＣＵ５４が吸気バルブ３４の開期間の一部と排気バルブ４２の開期間の一部とがオーバーラップするように動弁機構を制御している運転状態において、時刻ｔｃ１で、アクセルペダル２８が急激に踏み込まれると、スロットル開度ＴＡが急激に大きくなるようにスロットルバルブ２４の開度が制御される（図３（ａ）参照）。そして、スロットル開度が急激に大きくなったことに伴って、吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇する（図３（ｂ）参照）。そして、この吸気圧Ｐ_ＩＭに対応する量の空気が吸気行程で燃焼室４０に吸入され、この吸入された空気を用いて混合気が形成される。この混合気の燃焼により生じた排気ガスが、排気行程で排出され、排気圧Ｐ_ＥＭが上昇し始める（図３（ｃ）参照）。したがって、吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇し始めてから、排気圧Ｐ_ＥＭが上昇し始めるまで、１サイクル分の時間Δｔが必要になる。すなわち、吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇し始めても、直ぐには排気圧Ｐ_ＥＭは上昇し始めず、１サイクル分の時間Δｔ経過後に、排気圧Ｐ_ＥＭが上昇し始めることになる。したがって、吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇し始めた後、最初のバルブオーバーラップでは、そのときの吸気圧Ｐ_ＩＭと排気圧Ｐ_ＥＭとの差圧の変動が大きくなり、図３（ｄ）に示すように例えば吸気圧Ｐ_ＩＭと排気圧Ｐ_ＥＭとの差圧が一時的に急激に低下（アンダーシュート）する。その結果、そのときのバルブオーバーラップにより得られる内部ＥＧＲ量ｒ_ｅは、それに対応してアンダーシュートすることになる（図３（ｅ）参照）。それ故、運転状態に対応した所望の内部ＥＧＲ量ｒ_ｅを得続けることは出来ず、排気エミッションが一時的に悪化することになる。

これに対して、上記第１実施形態の制御を行うことで、そのようなときでも所望量の内部ＥＧＲ量ｒ_ｅを適切に得ることが可能になる。この場合について説明する。なお、図４の点線で表した曲線は本発明を適用しない場合に関するものである。ＥＣＵ５４が吸排気バルブ３４、４２の開期間の一部がオーバーラップするように動弁機構を制御している運転状態において、時刻ｔｃ２で、アクセルペダル２８が急激に踏み込まれると、スロットル開度ＴＡが急激に大きくなるようにスロットルバルブ２４の開度が制御される（図４（ａ）参照）。そして、スロットル開度が急激に大きくなったことに伴って、吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇する（図４（ｂ）参照）。他方、スロットル開度ＴＡが急激に大きくなるときは、その時刻ｔｃ２直後の最初の点火時期ＳＡ、すなわち、急加速要求の要求スロットル開度ＴＡ_ｔに概ね一致したスロットル開度ＴＡに基づく量の空気が燃焼室４０に吸入される前の吸気行程で、燃焼室４０に吸入されている空気を含む混合気の点火時期ＳＡが遅角される。つまり、このときは上記ステップＳ２０７およびＳ２０９で肯定されるときであるので、ステップＳ２１３で点火時期ＳＡが所定の遅角量ΔＳＡ分、遅角補正され、それが次の最初の点火時期ＳＡとして採用されることになる（図４（ｃ）参照）。これにより、混合気の後燃えが促され、例えば排気通路４４でのその一部燃焼が生じるなどして、時刻ｔｃ２の直後に排気圧Ｐ_ＥＭが上昇し始める（図４（ｄ）参照）。したがって、上記の如く、スロットル開度ＴＡが変更されたことで吸気圧Ｐ_ＩＭが上昇するとき、燃焼室４０から排出される排気圧Ｐ_ＥＭも上昇することになり、高い排気圧Ｐ_ＥＭが得られる排気行程と、高い吸気圧Ｐ_ＩＭに基づき吸気が行われる吸気行程とが一つのバルブオーバーラップで重なることになる。すなわち、図４（ｅ）に示すように燃焼室４０を挟んでの排気圧Ｐ_ＥＭと吸気圧Ｐ_ＩＭとの差圧は、アンダーシュートすることなく、アクセル開度の変化に対応して滑らかに変化することになる。その結果、内部ＥＧＲ量ｒ_ｅにアンダーシュートが生じるのを防止することが可能になる（図４（ｆ）参照）。すなわち、そのときのバルブオーバーラップにより所望の内部ＥＧＲ量ｒ_ｅを得ることが可能になる。

なお、上記では、図３および図４に基づいて、例えば急加速など要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に増大した場合について概念的に説明したが、例えば急減速など要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に減少した場合でも同様である。ただし、この場合には、要求スロットル開度ＴＡ_ｔに基づきスロットル開度ＴＡが小さくなることに対応して吸気圧Ｐ_ＩＭが低下するので、これに対応して排気圧Ｐ_ＥＭを下げるように点火時期ＳＡが進角補正される。この結果、内部ＥＧＲ量ｒ_ｅにオーバーシュートが生じることを防ぐことが可能になり、所望の内部ＥＧＲ量を得ることが可能になる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態では、上記第１実施形態の如く、過渡運転要求があったときに、その時点での運転状態に基づいて定められる点火時期ＳＡを、要求スロットル開度ＴＡ_ｔに基づいて所定量ΔＳＡだけ遅角あるいは進角させる補正制御を行うのみならず、吸気通路１４に設けられたスロットルバルブ２４の開度をその要求スロットル開度ＴＡ_ｔに対応するように操作する時期をも制御する。以下に詳述する。

ただし、本第２実施形態が適用された車両のエンジンシステムは、上記第１実施形態のと概ね同じであるので、同じ構成要素に同じ符号を付して、ここでの重複する説明を省略する。なお、本第２実施形態のエンジン１０は、ポート噴射形式の火花点火式内燃機関であり、且つ、直列４気筒の内燃機関である。

第２実施形態での制御について、図２および図５のフローチャートに基づいて説明する。ただし、図２および図５のフローチャートは、それぞれ所定時間毎、例えばおよそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。

通常の点火時期制御およびスロットル開度制御等を上記の如く行っているＥＣＵ５４は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔとスロットル開度ＴＡとの差が所定量±εを正にあるいは負に越えるとき、その直後の全ての気筒の各々の最初の点火時期ＳＡを遅角補正あるいは進角補正する。この説明は、上記第１実施形態で図２に基づいて説明した通りであるので、ここでの重複する説明は省略する。

このような点火時期ＳＡの補正制御と連動するように、ＥＣＵ５４は、現在のスロットル開度ＴＡが要求スロットル開度ＴＡ_ｔに一致するようにそれを変える変更時期を制御する。ＥＣＵ５４は、上記ステップＳ２０１と同様にステップＳ５０１で、バルブオーバーラップが生じる運転状態か否かを判定する。そして、ここで否定されると、当該ルーチンは終了する。他方、肯定されるとステップＳ５０３へ進み、上記ステップＳ２０３と同様に現在のスロットル開度ＴＡが検出され、次ぐステップＳ５０５で上記ステップＳ２０５と同様に要求スロットル開度ＴＡ_ｔが導出される。そして、上記Ｓ２０７と同様に、ステップＳ５０７で要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差の大きさ（｜ＴＡ_ｔ−ＴＡ｜）が所定量εを超えるか否かが判定される。そして、それが所定量を超えていないと判定されて否定されるに至ると、当該ルーチンは終了される。他方、ステップＳ５０７の判定で肯定されるに至ると、ステップＳ５０９へ進む。

なお、スロットル開度の変更時期を制御する上では、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差が所定量εを越えるか否かの判定は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔと現在のスロットル開度ＴＡとの差が、正のときには所定量「ε」を正側へ越えるか否かの判定および、それが負のときには所定量「−ε」を負側へ越えるか否かの判定で足りる。したがって、上記ステップＳ２０９の如きステップは、図５のフローチャートでは設けられない。

ステップＳ５０９では、スロットルバルブ２４の開度変更の制御時期が変更される。これにより、ステップＳ５０７での判定時以降に最初の点火時期ＳＡが最初に出現する、制御上対象となる一の気筒（以下、「対象気筒」）において、最初の点火時期ＳＡ以降の最初の吸気行程の開始時に、その対象気筒の吸気ポート２２の吸気圧が要求スロットル開度ＴＡ_ｔに対応した吸気圧に達するように、スロットルバルブ２４の開度変更が遅らされて開始される。ただし、ここでいうところの対象気筒の吸気ポート２２の圧力とは、吸気ポート２２の最下流点の圧力であるのが良い。こうすることで、その最初の点火時期ＳＡ以降の最初の吸気行程の開始時に、要求スロットル開度ＴＡ_ｔに対応した吸気圧に応じた量の空気が燃焼室４０に吸入され始めることになる。ただし、ここでのスロットルバルブ２４の開度変更は、過渡運転時でない通常の運転時と同様に、スロットルアクチュエータ３０による最速且つ適切なスピードで行われる。なお、通常の運転時、スロットル開度ＴＡは、要求スロットル開度ＴＡ_ｔに追従するようにアクセル開度の変化に対応して直ぐに制御される。

これら本第２実施形態における点火時期の補正制御およびスロットル開度変更時期の変更制御について、図６の概念図に基づいてさらに説明する。図６では、吸気バルブ３４の開期間すなわち吸気行程ＩＮ、および排気バルブ４２の開期間すなわち排気行程ＥＸ、並びに点火時期ＳＡのみを気筒ごとに時間の流れにしたがって表し、それらを並べて表している。ただし、上記の如くエンジン１０は直列４気筒の内燃機関であり、その一端の気筒２６を＃１で指し、他端の気筒２６までの各気筒を、順に、＃２、＃３、＃４で指し示している。図６では、吸気バルブ３４の開期間および排気バルブ４２の開期間のぞれぞれの一部がオーバーラップするように描かれていて、図６に基づく以下の説明では、そのように動弁機構が制御される運転状態にあることを前提にする。なお、図６中、上記制御により補正された点火時期ＳＡを黒丸で表していて、スロットル開度を変更したり、あるいは点火時期ＳＡを補正したりすることで影響を受けた吸気圧あるいは排気圧と関係のある吸気行程ＩＮ−７、８、９、１０、１１、１２、１３あるいは排気行程ＥＸ−７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４にハッチングを施している。

図６に示す時刻ｔ１で、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが導出され（ステップＳ２０５およびステップＳ５０５）、それの現実のスロットル開度ＴＡとの差が所定量εよりも大きいと判定されると（ステップＳ２０７およびステップＳ２０９で肯定、並びにステップＳ５０７で肯定）、制御上対象となる一の対象気筒が定められる。図６から明らかなように、その判定時以降に最初の点火時期ＳＡが最初に出現する対象気筒は、＃４の気筒２６であり、この気筒が対象気筒になる。そして、図２に基づいて既に説明したように、その直後の最初の点火時期ＳＡ−３がまず補正される。この場合、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが現実のスロットル開度ＴＡよりも大きいので、最初の点火時期ＳＡ−３は遅角補正される（ステップＳ２１３）。そして、それに続いて到来する他の気筒の（最初の）点火時期ＳＡ−４、５、６も同様に遅角補正される。したがって、排気行程ＥＸ−７、８、９、１０で排出される排気ガスによる排気圧Ｐ_ＥＭは上昇することになる。ただし、それ以後の各気筒の点火時期ＳＡ−７、８、９、１０・・・は遅角補正されない。

他方、時刻ｔ１での判定から、最初の点火時期ＳＡ−３以降の、対象気筒の最初の吸気行程ＩＮ−７の開始時ｔ２に、その対象気筒（＃４の気筒）の吸気ポート２２の吸気圧が要求スロットル開度ＴＡ_ｔに対応した吸気圧に達するように、スロットルバルブ２４の開度変更が開始される。このときのスロットル開度ＴＡの変更は、上記の如く、スロットルアクチュエータ３０に許容される最速で且つ最適なスピードで行われるので、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが導出されてから、スロットル開度変更が開始されるまで、概ねスロットルバルブ２４の動きが中断されることになる。時刻ｔ２でその対象気筒の吸気ポート２２の吸気圧が要求スロットル開度ＴＡ_ｔに対応した吸気圧に達するように、スロットルバルブ２４の開度変更が行われる結果、吸気行程ＩＮ−７、８、９、１０では要求スロットル開度ＴＡ_ｔに見合った吸気圧の量の空気が得られる。

このようにすることで、点火時期ＳＡの遅角補正により排気圧の上昇を生じさせることができる排気行程ＥＸ−７、８、９、１０と、スロットル開度ＴＡの変更制御により吸気圧の上昇が生じ始め、これに対応した量の空気が得られる吸気行程ＩＮ−７、８、９、１０との一部が互いに重なり、オーバーラップするようになる。したがって、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に変化し、スロットルバルブ２４の開度が急激に変更される過渡運転時でも、より的確に、適切な内部ＥＧＲ量を得ることが可能になる。なお、排気行程ＥＸ−１１、１２、１３、１４などのときの排気圧の上昇は、スロットル開度ＴＡの変更により上昇した吸気圧に対応して吸入空気量が増加したことに伴うものである。

なお、本第２実施形態の上記説明では、スロットル開度が大きくなる、例えば急加速など要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に増大した場合について概念的に説明したが、例えば急減速など要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に減少した場合でも同様である。ただし、この場合には、スロットル開度ＴＡが小さくなることに対応して吸気圧Ｐ_ＩＭが低下するので、これに対応して排気圧Ｐ_ＥＭを下げるように点火時期ＳＡが進角補正される。この結果、内部ＥＧＲ量ｒ_ｅにオーバーシュートが生じることを防ぐことが可能になる。なお、スロットル開度の変更制御を行うタイミングの変更は、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に減少した場合でも、要求スロットル開度ＴＡ_ｔが過渡的に増大した場合でも、同じである（図５参照）。

以上、本発明を上記第１および第２実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。上記第１および第２実施形態では、点火遅角量あるいは点火進角量の大きさを単に同じにして定数としたが、これを変数としても良い。例えば、要求スロットル開度に基づいて、より具体的には現在のスロットル開度と要求スロットル開度との差の大きさに基づいて、その差の大きさが大きければ大きいほど、補正量が大きくなるようにしても良い。なお、補正された点火時期を補正しない点火時期に戻すときには、上記では一気に戻すようにしたが、段階的に戻すようにしても良い。また、上記第２実施形態では、本発明が適用される内燃機関を、直列４気筒の内燃機関としたが、上記第１および第２実施形態など本発明が適用される内燃機関の気筒数、気筒配列などはこれ以外であっても良い。そして、上記では、内燃機関をポート噴射形式の内燃機関としたが、筒内噴射形式など各種形式の火花点火式内燃機関に本発明は適用され得る。

なお、上記第１および第２実施形態では吸排気バルブ３４、４２を電磁駆動弁としたが、それ以外であっても良い。例えば、吸排気バルブ３４、４２のいずれかまたは両方は、クランクシャフトの回転と同期して、タイミングベルトによって回転駆動されるカムシャフトを備える動弁機構（ＶＶＴ）により、開閉駆動されるようにしても良い。

なお、上記第１および第２実施形態では、過渡運転時の吸気圧と排気圧との上昇タイミング、あるいは上昇開始タイミングを適合させるべく、点火時期を進角補正あるいは遅角補正し、さらに好ましくはスロットル開度の変更時期を調節制御するようにしたが、これ以外のことが行われても良い。例えばそのためにバルブオーバーラップの期間を調節するようにしても良い。

なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。

第１実施形態の内燃機関の制御装置が適用された車両のエンジンシステムの概念図である。第１実施形態の点火時期補正用の制御フローチャートの一例である。第１実施形態の制御を行わない場合について説明するための説明図である。第１実施形態の制御を行った場合について説明するための説明図である。第２実施形態のスロットル開度変更時期制御用の制御フローチャートの一例である。第２実施形態の点火時期の補正制御およびスロットル開度の変更時期の変更制御について説明するための図である。

符号の説明

１０エンジン
１４吸気通路
２４スロットルバルブ
２８アクセルペダル
３０スロットルアクチュエータ
３２燃料噴射弁
３４吸気バルブ
３８点火プラグ
４２排気バルブ
４４排気通路

Claims

吸気バルブの開期間の一部と排気バルブの開期間の一部とをオーバーラップさせるバルブオーバーラップ制御を行う内燃機関の制御装置であって、
前記バルブオーバーラップが生じるか否かを判定するバルブオーバーラップ判定手段と、
所定の点火時期で燃焼室の混合気に点火する点火手段と、
前記燃焼室に吸入される空気の量を調整するためのスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度の目標値である要求スロットル開度を導出する要求スロットル開度導出手段と、
前記要求スロットル開度が過渡的に変化したか否かを判定する要求スロットル開度判定手段と、
前記バルブオーバーラップ判定手段により前記バルブオーバーラップが生じると判定され、且つ、前記要求スロットル開度判定手段により前記要求スロットル開度が過渡的に変化したと判定されたとき、その判定時以降の最初の点火時期を前記要求スロットル開度に基づいて補正する補正手段と、
前記スロットルバルブの開度を、前記要求スロットル開度導出手段により導出された前記要求スロットル開度に制御するスロットル開度制御手段と
を備え、
前記内燃機関は、多気筒内燃機関であり、
該スロットル開度制御手段は、前記バルブオーバーラップ判定手段により前記バルブオーバーラップが生じると判定され、且つ、前記要求スロットル開度判定手段により前記要求スロットル開度が過渡的に変化したと判定されたとき、その判定時以降に前記最初の点火時期が最初に出現する、制御上対象となる一の対象気筒において、該最初の点火時期以降の最初の吸気行程の開始時に、該対象気筒の吸気ポートの吸気圧が前記要求スロットル開度に対応した吸気圧に達するように、前記スロットルバルブの開度変更を遅らせて開始する、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記補正手段は、前記要求スロットル開度が過渡的に増大したとき、前記最初の点火時期を遅角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。
前記補正手段は、前記要求スロットル開度が過渡的に減少したとき、前記最初の点火時期を進角補正す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。
前記対象気筒の前記吸気ポートの吸気圧は、前記吸気ポートの最下流点の圧力であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。