JP4946782B2

JP4946782B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4946782B2
Application number: JP2007272769A
Authority: JP
Inventors: 泰之入澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-10-19
Also published as: JP2009102991A

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に係り、特に要求出力変化時の可変動弁機構の駆動制御に関する。

タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁と、排気合流点の下流に触媒とを備えた装置（独立排気エンジン）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この装置によれば、第１排気弁を開弁することにより、排気エネルギをタービンに導くことができる。さらに、第２排気弁を開弁することにより、タービンをバイパスして排気ガスを排出することができ、排気ポンピングロスを低減することができる。

特開平１０−８９１０６号公報特開平６−１７３７２４号公報特開２００５−６１３２５号公報

ところで、高速運転領域では、第２排気弁のリフト量は要求出力に応じて可変制御される。また、中速運転領域では、仕事を稼ぐため排気弁のバルブタイミングが遅角されると共に、過給機レスポンスを高めるため第２排気弁が停止される。よって、運転領域の変化により、第２排気弁の要求リフト量が急激に大きくなる場合がある。第２排気弁のバルブタイミングが遅角された状態で、バルブタイミング制御に先行して第２排気弁のリフト量制御を実施すると、第２排気弁がピストンに接触（干渉）するバルブスタンプが発生する可能性がある。
ここで、油圧式の可変バルブタイミング機構の応答性は、電動式若しくは機械式の可変リフト量機構の応答性に比して遅い。よって、かかる可変バルブタイミング機構と可変リフト機構を同時に駆動した場合、可変リフト量機構の駆動が先に完了してしまう可能性が高い。そうすると、上記バルブスタンプが発生する可能性が高くなってしまう。
一方、バルブスタンプの発生を回避するため、ピストン頂面のバルブリセスを増加させる方法が考えられる。しかしながら、かかるバルブリセスの増加は、特にリーン燃焼時の筒内気流に対して悪影響を及ぼし、燃焼悪化や燃費性能悪化を招来してしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、過給機をバイパスする第２排気弁のリフト量増加要求とバルブタイミング進角要求とがある場合であっても、第２排気弁のバルブスタンプの発生を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記過給機のタービンが設けられた第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第２排気弁のリフト量を変更可能なリフト量可変手段と、
前記第１排気弁と前記第２排気弁を駆動する排気カム軸の位相を変更することで、前記第１及び第２排気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
前記リフト量可変手段及び前記バルブタイミング可変手段を駆動制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第２排気弁のリフト量増加要求とバルブタイミング進角要求がある場合に、前記バルブタイミング可変手段を目標値に駆動した後、前記リフト量可変手段を目標値に駆動する制御を実施することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記バルブタイミング可変手段を目標値に駆動するまでの間、前記第２排気弁のリフト量が、前記第２排気弁とピストンとが接触しない小リフト量となるように前記リフト量可変手段を駆動することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記制御手段は、前記バルブタイミング可変手段の駆動を開始する前に、前記第２排気弁が前記小リフト量となるように前記リフト量可変手段を駆動することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１から第３の何れか１の発明において、
前記制御手段は、前記第２排気弁が停止される中速運転領域から前記第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域に加速するときに、前記制御を実施することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域から無過給運転領域に減速するときに、前記制御を実施することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の吸気系の過給圧を取得する過給圧取得手段を更に備え、
前記制御手段は、無過給運転領域から前記第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域に加速する場合に、前記過給圧が所定値に達するまでは前記リフト量可変手段を駆動して前記第２排気弁を停止させ、前記過給圧が所定値以上になったときには前記制御を実施することを特徴とする。

第１の発明では、第２排気弁のリフト量増加要求とバルブタイミング進角要求がある場合に、バルブタイミング可変手段が目標値に駆動された後、リフト量可変手段が目標値に駆動される。よって、バルブタイミング可変手段よりも先にリフト量可変手段を目標値に駆動する場合に比して、上死点付近の第２排気弁のリフト量を小さくすることができ、第２排気弁のバルブスタンプの発生を防止することができる。

第２の発明では、バルブタイミング可変手段が目標値に駆動されるまでの間、第２排気弁のリフト量が、第２排気弁とピストンとが接触しない小リフト量に制御される。これにより、第２排気弁のバルブスタンプを防止しつつ、第２排気弁と吸気弁のオーバラップ量が確保される。これにより、バルブタイミング可変手段を目標値に駆動するまでの間に筒内掃気効率を向上させることができるため、加速時の出力低下を抑制することができる。

第３の発明では、バルブタイミング可変手段の駆動開始前に、第２排気弁が小リフト量に制御される。これにより、第２の発明よりも早期に筒内掃気効率を向上させることができるため、加速時の出力低下を更に抑制することができる。

第４の発明によれば、第２排気弁が停止される中速運転領域から第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域に加速するときに、第２排気弁のバルブスタンプを防止することができる。

第５の発明によれば、第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域から無過給運転領域に減速するときに、第２排気弁のバルブスタンプを防止することができる。

第６の発明では、無過給運転領域から第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域に加速する場合に、過給圧が所定値に達するまでは第２排気弁が停止せしめられる。これにより、排気ガスの全量を第１排気通路にあるタービンに導くことができるため、過給圧を短時間で高めることができる。過給圧が所定値以上になると、第２排気弁のリフト量の可変制御が実施される。従って、要求出力を実現することができると共に、ターボレスポンスを向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態のシステムは、過給機（ターボチャージャ）を有する独立排気エンジンである。
図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。各気筒２のピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク角CAを検出するクランク角センサ５が設けられている。

エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、複数の吸気弁１１（符号「In」を付すこともある。）が設けられている。吸気弁１１のバルブタイミングは、可変バルブタイミング機構（以下「InVVT」ともいう。）１３により変更可能である。可変バルブタイミング機構１３は、吸気弁１１を駆動する吸気カム軸１２の位相を変更可能に構成されている。可変バルブタイミング機構１３としては、例えば、公知の油圧式若しくは機械式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。

また、各吸気ポート１０は、吸気マニホールド１４に接続されている。吸気マニホールド１４には、過給圧センサ１５が設けられている。過給圧センサ１５は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧PIMを測定するように構成されている。

吸気マニホールド１４には吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６の途中には、スロットルバルブ１７が設けられている。スロットルバルブ１７は、スロットルモータ１８により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１７は、アクセル開度センサ２０により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ１７の近傍には、スロットル開度センサ１９が設けられている。スロットル開度センサ１９は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。スロットルバルブ１７の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２は、過給空気を冷却するように構成されている。

インタークーラ２２の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３４に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることによって、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。

コンプレッサ２４ａの上流にはエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。

また、エンジン１には、各気筒２に対応して第１排気弁３０Ａ（符号「Ex1」を付すこともある。）と第２排気弁３０Ｂ（符号「Ex2」を付すこともある。）とを有している。この第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂが配置された第１排気通路３４を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３４を流通する排気動圧によって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂを通らずタービン２４ｂの下流に通じる第２排気通路３６を開閉するものである。

これらの排気弁３０Ａ，３０Ｂのバルブタイミングは、可変バルブタイミング機構（以下「ExVVT」ともいう。）３１により変更可能である。可変バルブタイミング機構３１は、排気弁３０Ａ，３０Ｂを駆動する排気カム軸２９の位相を変更可能に構成されている。可変バルブタイミング機構３１としては、上記可変バルブタイミング機構１３と同様に、公知の油圧式若しくは機械式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。

また、第２排気弁３０Ｂのリフト量は、可変リフト量機構３２により変更可能である。可変リフト量機構３２としては、例えば、公知の電動式若しくは機械式の可変リフト量機構を用いることができる。

第１排気通路３４と第２排気通路３６の合流点３８よりも下流の排気通路４０には、始動時触媒（Ｓ／Ｃ）４２が設けられている。排気通路４０における始動時触媒４２上流には、排気空燃比を検出する空燃比センサ４４が設けられている。始動時触媒４２の下流には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒４６が設けられている。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。
ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、過給圧センサ１５、スロットル開度センサ１９、アクセル開度センサ２０、エアフロメータ２６、空燃比センサ４４等が接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、可変バルブタイミング機構１３，３１、スロットルモータ１８、可変リフト量機構３２等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、吸入空気量Gaや点火時期等に基づいて、エンジントルクTRQを算出する。
ＥＣＵ６０は、目標空燃比と吸入空気量に基づいて、筒内に噴射する燃料噴射量を算出する。よって、上記エンジン１においてストイキ燃焼のほかリーン燃焼を行うことが可能である。

［実施の形態１の特徴］
図２は、エンジン回転数NEとエンジントルクTRQとによって規定された運転領域を示す図である。図２に示すように、エンジン回転数NEとエンジントルクTRQとによって運転領域Ａ〜Ｃが規定されている。図３は、図２に示す運転領域におけるバルブ開弁特性を示す図である。詳細には、図３（Ａ）は運転領域Ａにおけるバルブ開弁特性を、図３（Ｂ）は運転領域Ｂにおけるバルブ開弁特性を、図３（Ｃ）は運転領域Ｃにおけるバルブ開弁特性を、それぞれ示す図である。

高速要求がある運転領域Ａでは、図３（Ａ）に示すように、要求出力に応じて、第２排気弁Ex2のリフト量（以下「Exリフト量」という。）が可変制御される。これにより、第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量が制御され、吸気系の新気が第２排気通路３６に吹き抜けることで、いわゆる筒内掃気効率を向上させることができる。このオーバラップ量制御により、筒内吸入空気量を増加させることができ、高出力を実現することができる。
なお、図３に示すように、第１排気弁Ex1が第２排気弁Ex2よりも先に開弁される。これは、第２排気弁Ex2を先に開弁すると、タービン２４ｂに供給される排気エネルギが小さくなってしまい、過給圧PIMを上昇させることができなくなるためである。

中速要求がある運転領域Ｂでは、図３（Ｂ）に示すように、第１排気弁Ex1はフルリフトで作動するが、第２排気弁Ex2は閉弁される。これにより、排気ガス全量がタービン２４ｂに供給されるため、過給圧PIMを上昇させることができ、ターボレスポンスを向上させることができる。また、運転領域Ｂでは、仕事を稼ぐため、運転領域Ａに比して排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング（開閉弁時期）が遅角側に制御されている。これにより、第１排気弁Ex1と吸気弁Inのオーバラップ量が制御され、吸気系の新気が第１排気通路３４に吹き抜ける。このオーバラップ量制御により、筒内掃気効率を向上させることができる。

低速要求がある運転領域Ｃは、無過給領域である。この運転領域Ｃでは、図３（Ｃ）に示すように、第１排気弁Ex1と第２排気弁Ex2とが共にフルリフトで作動する。これにより、筒内の排気ガス交換を良好にすることができる。

ところで、運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求（高出力要求）がある場合には、図３（Ｂ）に示すバルブ開弁特性から図３（Ａ）に示すバルブ開弁特性に変更されることとなる。よって、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを進角させると共に、Ex2リフト量を増加させる必要がある。ここで、上述したように、運転領域Ｂにおける排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングは、運転領域Ａにおける排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングよりも遅角側に制御されている。このため、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御に先行して第２排気弁Ex2のリフト量制御が行われると、第２排気弁Ex2がピストンに接触（干渉）する「バルブスタンプ」が発生する可能性がある。また、運転領域Ａにおける第２排気弁Ex2の要求リフト量は要求出力に基づいて制御される。このため、特に第２排気弁Ex2の要求リフト量が大きい場合には、上記バルブスタンプが発生する可能性が高くなってしまう。

また、運転領域Ａから運転領域Ｃへの減速要求（低出力要求）がある場合には、図３（Ａ）に示すバルブ開弁特性から図３（Ｃ）に示すバルブ開弁特性に変更されることとなる。よって、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを進角させると共に、Ex2リフト量を最大リフト量まで増加させる必要がある。この場合も、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御に先行して第２排気弁Ex2のリフト量制御が行われると、バルブスタンプが発生する可能性がある。さらに、第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量が過剰になってしまい、内部ＥＧＲ量異常による失火を招来する可能性がある。その結果、ドラビリ異常や始動時触媒４２の劣化を招く可能性がある。

上記バルブスタンプを回避するため、ピストン頂面のバルブリセスを増大する方法が考えられる。しかしながら、かかるバルブリセスの増大は、特に、リーン燃焼時の筒内気流に対して悪影響を及ぼし、燃焼悪化や燃費性能悪化を招来する可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、バルブリセスを増大させることなく、以下に示す順番で排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と第２排気弁Ex2のリフト量制御とを実施する。
図４は、本実施の形態１において、運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。
図４に示すように、第２排気弁Ex2をリフトさせる前（すなわち、Ex2リフト量を増加させる前）に、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値まで進角させる。その後、Ex2リフト量を目標値まで増加させる。このEx2リフト量の増加時には、第２排気弁Ex2のバルブタイミングは、第１排気弁Ex1のバルブタイミングと共に進角されている。このため、上死点ＴＤＣでのEx2リフト量を小さくすることができ、上記バルブスタンプの発生を防止することができる。

図５は、本実施の形態１において、運転領域Ａから運転領域Ｃへの減速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。
図５に示すように、Ex2リフト量を増加させる前に、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値まで進角させる。その後、Ex2リフト量を最大リフト量まで増加させる。このとき、第２排気弁Ex2のバルブタイミングは、第１排気弁Ex1のバルブタイミングと共に目標値まで進角されている。このため、上死点ＴＤＣでのEx2リフト量を小さくすることができ、上記バルブスタンプの発生を防止することができる。さらに、第２排気弁Ex2と吸気弁Inの過剰オーバラップ量を防止することができるため、内部ＥＧＲ量異常による失火を防止することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図６は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定の間隔で起動されるものである。
図６に示すルーチンによれば、先ず、エンジン運転パラメータを取得する（ステップ１００）。このステップ１００では、例えば、アクセル開度AA及びエンジン回転数NE等が取得される。その後、上記ステップ１００で取得されたアクセル開度AA及びエンジン回転数NEに基づいて、エンジン１に対する要求出力（要求トルク）を算出する（ステップ１０２）。

次に、エンジン回転数NE及び要求出力に基づいて、第２排気弁Ex2の要求リフト量（以下「Ex2要求リフト量」という。）、ExVVT遅角量（目標値）及びInVVT進角量（目標値）を算出する（ステップ１０４）。
なお、第１排気弁Ex1は常に最大リフトで開弁されるため（図３参照）、このステップ１０４では、第１排気弁Ex1の要求リフト量は算出されない。

その後、上記ステップ１０４で算出されたEx2要求リフト量が、第２排気弁Ex2の実リフト量（以下「Ex2実リフト量」という。）よりも大きいか否かを判別する（ステップ１０６）。このステップ１０６でEx2要求リフト量がEx2実リフト量以下であると判別された場合には、Ex2リフト量の低下要求もしくは維持要求があると判断される（ステップ１０８）。この場合、バルブタイミング制御を第２排気弁Ex2のリフト量制御に先行して行わなくとも、上記バルブスタンプは発生しない。よって、可変バルブタイミング機構３１の制御（遅角量制御）を実施すると共に、可変リフト量機構３２の制御（Ex2リフト量制御）を実施する（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０６でEx2要求リフト量がEx2実リフト量よりも大きいと判別された場合には、Ex2リフト量の増加要求があると判断される（ステップ１１２）。この場合、即座に可変リフト量機構３２の制御（Ex2リフト量制御）を実施するのではなく、先ず、Ex2実リフト量を保持する（ステップ１１４）。すなわち、Ex2リフト量制御の実施が暫定的に禁止される。その後、可変バルブタイミング機構３１の制御（遅角量制御）を実施する（ステップ１１６）。

そして、ExVVT遅角量が、上記ステップ１０４で算出されたExVVT遅角量（目標値）に達したか否かを判別する（ステップ１１８）。このステップ１１８では、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御が完了したか否かが判別される。このステップ１１８でExVVT遅角量がExVVT遅角量（目標値）に達していないと判別された場合には、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御が未完了であり、Ex2リフト量制御を実施するとバルブスタンプが発生する可能性があると判断される。この場合、上記ステップ１１４の処理に戻る。

一方、上記ステップ１１８でExVVT遅角量がExVVT遅角量（目標値）に達したと判別された場合には、Ex2リフト量を増大させてもバルブスタンプは発生しないと判断される。この場合、Ex2リフト量制御を実施する（ステップ１２０）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、Ex2リフト量の増加要求がある場合には、Ex2実リフト量を保持して、ExVVT遅角量制御を実施する。そして、ExVVT遅角量制御が完了した後、Ex2リフト量制御を実施する。これにより、上死点ＴＤＣ付近でEx2リフト量が大きくなる事態を回避することができるため、第２排気弁Ex2のバルブスタンプの発生を防止することができる。

ところで、上記実施の形態１では、バルブタイミング制御が完了するまでは、Ex2実リフト量が保持された。しかしながら、バルブタイミング制御が完了するまでの間、図７に示すように、要求リフト量（目標値）に比して小さいスタンプ回避リフト量に制御してもよい。図７は、本実施の形態１の変形例において、運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。図７に示すように、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値まで進角させると共に、Ex2リフト量をスタンプ回避リフト量に制御する。排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値まで進角させた後、第２排気弁Ex2のリフト量を要求リフト量まで増大させる。
図８は、本変形例において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図８に示すルーチンは、図６に示すルーチンのステップ１１４の代わりに、ステップ１１５を有している。すなわち、図８に示すルーチンによれば、Ex2リフト量の増加要求がある場合に、Ex2リフト量がスタンプ回避リフト量に制御される（ステップ１１５）。その後、図６に示すルーチンと同様に、可変バルブタイミング機構３１の制御（遅角量制御）が実施され（ステップ１１６）、Ex2リフト量が要求リフト量に制御される（ステップ１２０）。
本変形例によれば、バルブタイミング制御が完了するまでの間、Ex2リフト量がスタンプ回避リフト量に制御される。よって、バルブタイミング制御が完了するまでの間、第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量が確保される。これにより、第２排気弁Ex2が全閉にされる場合に比して、筒内掃気効率の向上により出力を増加させることができる。その結果、過渡的な出力低下を防止することができる。
なお、バルブタイミング制御を開始する前にEx2リフト量をスタンプ回避リフト量に制御することで、早期に筒内掃気効率を向上させることができるため、過渡的な出力低下をより防止することができる。

尚、本実施の形態１においては、過給機２４が第１の発明における「過給機」に、タービン２４ｂが第１の発明における「タービン」に、第１排気通路３４が第１の発明における「第１排気通路」に、第１排気弁３０Ａが第１の発明における「第１排気弁」に、第２排気通路３６が第１の発明における「第２排気通路」に、第２排気弁３０Ｂが第１の発明における「第２排気弁」に、可変リフト量機構３２が第１の発明における「リフト量可変手段」に、排気カム軸２９が第１の発明における「排気カム軸」に、可変バルブタイミング機構３１が第１の発明における「バルブタイミング可変手段」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１２〜１２０の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が、ステップ１１５の処理を実行することにより第２及び第３の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図９から図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、図２に示す運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求がある場合について説明した。

ところで、図２に示す運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求がある場合には、図３（Ｃ）に示す開弁特性から図３（Ａ）に示す開弁特性に変更されることとなる。よって、通常の制御によれば、図９に示すようにバルブ開弁特性が変更されることとなる。図９は、運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求がある場合の通常のバルブ開弁特性の制御を示す図である。図９に示すように、通常は、Ex2リフト量が小さくされると共に、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングが遅角される。

しかしながら、過給圧PIMが低い状態で図９に示す制御を行うと、ターボレスポンスが不十分となる可能性がある。さらに、排気弁Ex1,Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量制御を行っても、筒内掃気効率を十分に向上させることができず、要求出力を実現することができない可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求がある場合、過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いときには、図１０に示すバルブ開弁特性の制御を実施する。
図１０は、本実施の形態２において、運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求があり、過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いときの排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。
図１０に示すように、第２排気弁Ex2の可変リフト量制御を実施する前に、運転領域Ｂのバルブ開弁特性の状態を介在させるようにする。すなわち、先ず、運転領域Ｃのバルブ開弁特性から運転領域Ｂのバルブ開弁特性に変更される。具体的には、第２排気弁Ex2が全閉にされると共に、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングが遅角される。ここで、図１に示すような排気通路３４，３６を有するエンジン１においては、過給圧PIMの過渡レスポンスは、運転領域Ｂのバルブ開弁特性の状態で最大となる。かかるバルブ開弁特性に一旦制御することで、排気ガス全量をタービン２４ｂに導くことができ、過給圧PIMを短時間で高めることができ、ターボレスポンスを向上させることができる。

その後、過給圧PIMが所定値PIMth以上に上昇すると、図１０に示すように、運転領域Ｂのバルブ開弁特性から運転領域Ａのバルブ開弁特性に変更される。具体的には、上記実施の形態１で説明したように、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングが進角された後、Ex2リフト量が増加せしめられる。ここで、所定値PIMthは、背圧に比して十分に高い圧力である（図１２参照）。運転領域Ｃのバルブ開弁特性に制御することで、筒内吸入空気量を増大させることができる。さらに、過給圧PIMが背圧よりも十分に高められているため、筒内掃気効率を向上させることができる。よって、要求出力を実現することができる。
従って、本実施の形態２によれば、要求出力を実現することができると共に、ターボレスポンスを向上させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図１１は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、図２に示す運転領域Ｃ走行時に所定の間隔で起動されるものである。
図１１に示すルーチンによれば、先ず、エンジン運転パラメータを取得する（ステップ１０１）。このステップ１０１ではアクセル開度AA、エンジン回転数NE及び過給圧PIM等が取得される。そして、上記ステップ１０１で取得されたアクセル開度AA及びエンジン回転数NEに基づいて、エンジン１に対する要求出力（要求トルク）を算出する（ステップ１０２）。その後、図６に示すルーチンと同様の方法により、Ex2要求リフト量、ExVVT遅角量（目標値）及びInVVT進角量（目標値）を算出する（ステップ１０４）。

次に、エンジン回転数NE及び要求出力に基づいて、図２に示す運転領域Ｃ（低速領域）が要求されているか否かを判別する（ステップ１２２）。このステップ１２２で運転領域Ｃが要求されていると判別された場合には、Ex2リフト量の維持要求があると判断される（ステップ１２４）。すなわち、Ex2リフト量は最大リフト量のままであり、Ex2リフト量制御は不要であると判断される。よって、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１２２で運転領域Ｃが要求されていないと判別された場合には、図２に示す運転領域Ｂ（中速領域）が要求されているか否かを判別する（ステップ１２６）。このステップ１２６で運転領域Ｂが要求されていると判別された場合には、Ex2リフト量の低下要求があると判断される（ステップ１２８）。そして、この低下要求を実現するためのEx2リフト量制御が実施される（ステップ１３０）。その後、本ルーチンを終了する。

上記ステップ１２８で運転領域Ｂが要求されていないと判別された場合、すなわち、図２に示す運転領域Ａ（高速領域）が要求されている場合には、要求出力に応じたEx2リフト量の可変要求があると判断される（ステップ１３２）。その後、上記ステップ１０１で取得された実過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いか否かを判別する（ステップ１３４）。このステップ１３４の判別処理に用いられる所定圧PIMthは、図１２に示すマップを参照して読み出される。図１２は、図１１に示すルーチンで参照されるマップを示す図である。図１２における一点鎖線は大気圧を、破線は背圧を、実線は所定圧PIMを、それぞれ示している。図１２に示すように、エンジン回転数NEとの関係で、背圧よりも十分高い所定値PIMthが規定されている。上記ステップ１３４で該マップを参照することで、十分な筒内掃気効率が得られる所定値PIMが、エンジン回転数NEに対応して読み出される。

上記ステップ１３４で実過給圧PIMが所定値PIMth以上であると判別された場合には、図９に示す通常のEx2リフト量制御を実施する（ステップ１３０）。すなわち、Ex2リフト量を最大リフト量から上記ステップ１０４で算出されたEx2要求リフト量に制御する。

一方、上記ステップ１３４で実過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いと判別された場合には、図１０に示すEx2リフト量過渡制御を実施する（ステップ１３６）。このステップ１３６では、第２排気弁Ex2が全閉にされる。さらに、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングが遅角される。これにより、排気ガスの全量がタービン２４ｂに供給されるため、短期間で過給圧PIMが上昇する。その後、本ルーチンを終了する。

その後、本ルーチンが起動され、上記ステップ１３４で実過給圧PIMが所定値PIMth以上であると判別された場合には、Ex2リフト量が上記ステップ１０４で算出されたEx2要求リフト量に制御される（ステップ１３８）。すなわち、上記ステップ１０２で算出された要求出力に応じたEx2リフト量制御が実施される。
このとき、図６に示すルーチンのステップ１１４〜１２０と同様に、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値に制御した後に、Ex2リフト量制御を実施することが好適である。また、図８に示すルーチンのステップ１１５のように、排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミングを目標値に制御するまでの間、Ex2リフト量をスタンプ回避リフト量に制御することもできる。これにより、第２排気弁Ex2のバルブスタンプの発生を防止することができる。
上記ステップ１３８の後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図１１に示すルーチンによれば、無過給運転領域Ｃ走行時に高出力要求（運転領域Ａ要求）があった場合、実過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いか否かを判別する。実過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いときには、実過給圧PIMが所定値PIMth以上となるまでの間第２排気弁Ex2が全閉にされる。一旦第２排気弁Ex2を全閉にすることで、過給圧PIMの過渡レスポンスが最大にされ、過給圧PIMを短期間で高められることができる。実過給圧PIMが所定値PIMth以上になると、要求出力に応じたEx2リフト量の可変制御が実施される。その結果、筒内掃気効率を向上させることができるため、出力を増加させることができる。よって、要求出力を実現することができると共に、ターボレスポンスを向上させることができる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０１の処理を実行することにより第６の発明における「過給圧取得手段」が、ステップ１３２〜１３８の処理を実行することにより第６の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。エンジン回転数NEとエンジントルクTRQとによって規定された運転領域を示す図である。図２に示す運転領域におけるバルブ開弁特性を示す図である。本発明の実施の形態１において、運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。本発明の実施の形態１において、運転領域Ａから運転領域Ｃへの減速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１の変形例において、運転領域Ｂから運転領域Ａへの加速要求がある場合の排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。本発明の実施の形態１の変形例において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求がある場合の通常のバルブ開弁特性の制御を示す図である。本発明の実施の形態２において、運転領域Ｃから運転領域Ａへの加速要求があり、過給圧PIMが所定値PIMthよりも低いときの排気弁Ex1,Ex2のバルブタイミング制御と、第２排気弁Ex2のリフト量制御の実施順序を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図１１に示すルーチンで参照されるマップを示す図である。

符号の説明

１エンジン
１１吸気弁
１３可変バルブタイミング機構
２４過給機
２４ｂタービン
２９排気カム軸
３０Ａ第１排気弁
３０Ｂ第２排気弁
３１可変バルブタイミング機構
３２可変リフト量機構
３４第１排気通路
３６第２排気通路
４２始動時触媒
６０ＥＣＵ

Claims

過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記過給機のタービンが設けられた第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第２排気弁のリフト量を変更可能なリフト量可変手段と、
前記第１排気弁と前記第２排気弁を駆動する排気カム軸の位相を変更することで、前記第１及び第２排気弁のバルブタイミングを変更可能なバルブタイミング可変手段と、
前記リフト量可変手段及び前記バルブタイミング可変手段を駆動制御する制御手段と、
前記内燃機関の吸気系の過給圧を取得する過給圧取得手段と、を備え、
前記制御手段は、無過給運転領域から前記第２排気弁のリフト量が可変制御される高速運転領域に加速する場合であって、前記第２排気弁のリフト量増加要求とバルブタイミング進角要求がある場合に、前記過給圧が所定値に達するまでは前記リフト量可変手段を駆動して前記第２排気弁を停止させ、前記過給圧が所定値以上になったときには前記バルブタイミング可変手段を目標値に駆動した後、前記リフト量可変手段を目標値に駆動する制御を実施することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記バルブタイミング可変手段を目標値に駆動するまでの間、前記第２排気弁のリフト量が、前記第２排気弁とピストンとが接触しない小リフト量となるように前記リフト量可変手段を駆動することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記バルブタイミング可変手段の駆動を開始する前に、前記第２排気弁が前記小リフト量となるように前記リフト量可変手段を駆動することを特徴とする内燃機関の制御装置。