JP2002089341A

JP2002089341A - 車両用内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2002089341A
Application number: JP2000274599A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Tsuneyasu Nohara; 常靖野原; Shinichi Takemura; 信一竹村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】常用の緩加速から中加速時の燃費効果を最大
限に確保するために、可変動弁機構とＥＧＲとを総合的
に制御する。【解決手段】吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ、
連続的に拡大、縮小制御可能なリフト・作動角可変機構
と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可
変機構と、内燃機関の機関回転数及び負荷を検出する手
段と、内燃機関の負荷の変化率を検出する手段と、機関
吸気系への排気還流量を制御する排気還流制御手段とを
有し、内燃機関の負荷の変化率に応じて上記吸気弁のリ
フト・作動角、中心角及び排気還流量を制御する。これ
によって、可変動弁機構とＥＧＲとを総合的に制御する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用内燃機関の制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】機関低速時から高速時に亙って、筒内燃
焼と筒内の充填効率の最適化を図り、燃費性能の向上を
実現するために、吸気弁のリフト・作動角及びリフトの
中心角を可変制御するいわゆる可変動弁機構を備えた内
燃機関が従来から知られている（特開平１１−０３６９
０６号公報参照）。

【０００３】この可変動弁機構は、車両定常走行時（Ｒ
／Ｌ）には、吸気弁閉時期を下死点より早め、充填効率
を低下させることによるポンプ損失低減で燃費の改善を
図り、緩加速時には、吸気弁と排気弁のオーバラップを
拡大し、筒内の残留ガス量を増やして、ポンプ損失の低
減とＮＯｘ低減を両立させることができる。

【０００４】このような可変動弁機構においては、加速
の要求がさらに高まった高負荷領域では、高温の内部還
流によって大幅なポンプ損失の低減効果があるものの、
吸入負圧の低下が大きくなるという問題がある。

【０００５】そこで、高負荷領域における燃費の向上と
ＮＯｘ低減を図るために、上述した可変動弁機構に、排
気ガスの一部を吸気系に導入して再循環させ混合気に混
入するＥＧＲ（排気再循環）制御を組み合わせることが
考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記可
変動弁機構を吸気弁の閉時期を下死点よりも早い時期に
設定し、実圧縮比を低下させた条件で使用する場合に
は、吸入負圧の低下によりＥＧＲによる排気ガスの導入
が困難になるという問題がある。

【０００７】また、高温の内部還流によって吸気温度が
上昇することにより、ＥＧＲによって吸気系に導入され
た排気ガス中のＣＯ₂によるＮＯｘ低減効果が相殺され
てしまう虞もある。すなわち、リフト・作動角，中心
角、及びＥＧＲの制御が運転条件によって錯綜し、また
可変動弁装置の制御アクチュエータの応答速度にも限界
があることから、急加速の場合などは、それを先取りし
た迅速で包括的な制御ロジックが必要となる。

【０００８】本発明は、このような課題に着目してなさ
れたものであり、運転性を損ねることなく、常用の緩加
速から中加速時の燃費効果を最大限に確保するために、
可変動弁機構とＥＧＲとを総合的に制御し、両者を効果
的に併用させることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１に記載
の発明は、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ、連続
的に拡大、縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、
吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可変機
構と、内燃機関の機関回転数及び負荷を検出する手段
と、内燃機関の負荷の変化率を検出する手段と、機関吸
気系への排気還流量を制御する排気還流制御手段とを有
し、内燃機関の負荷の変化率に応じて上記吸気弁のリフ
ト・作動角、中心角及び排気還流量を制御することを特
徴としている。これによって、吸気弁のリフト・作動
角、リフトの中心角及び機関吸気系への排気還流量が、
車両の各運転状態に応じて総合的に制御される。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、スロットル全開加速時を除く高負荷領
域での内燃機関の運転条件は、吸気弁の開時期を上死点
近傍、吸気弁の閉時期を下死点近傍にそれぞれ設定する
と共に、上記排気還流制御手段により機関吸気系へ排気
を還流させることを特徴としている。吸気弁の開時期を
上死点近傍、吸気弁の閉時期を下死点近傍にそれぞれ設
定することで、吸気充填率を向上させ、排気還流（ＥＧ
Ｒ）を導入することで、ＮＯｘの発生が低減される。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明において、上記高負荷領域よりも負荷の
小さい中負荷領域での内燃機関の運転条件は、機関吸気
系へ排気が還流されないよう上記排気還流制御手段を制
御し、吸気弁の作動角を内燃機関が無負荷運転状態のと
きよりも大きく、かつ上記高負荷領域での運転状態のと
きよりも小さくなるよう設定すると共に、吸気弁の中心
角を上記高負荷領域での内燃機関の運転状態のときより
も進角させ、吸気弁の開時期が上死点よりも早くなるよ
う設定することを特徴としている。これによって、内部
還流が増加し、かつ実ストロークが低下することにより
ポンプ損失が低減される。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明において、内燃機関の無負荷運転
条件においては、吸気弁の閉時期が下死点近傍または下
死点よりも早い小作動角に制御すると共に、無負荷運転
からの急加速の場合には、主として吸気弁の作動角の拡
大を行うことを特徴としている。これによって、吸気量
は最大限に確保される。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明において、内燃機関の無負荷運転
条件においては、吸気弁の閉時期が下死点近傍または下
死点よりも早い小作動角に制御すると共に、無負荷運転
からの中程度の加速の場合には、主として吸気弁の作動
角の拡大を行うと共に、上記排気還流制御手段により機
関吸気系に排気を還流させることを特徴としている。こ
れによって、吸気充填率が大きくなり吸気量も増大する
が、ＥＧＲも導入されるので、ＮＯｘの発生が低減され
る。

【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１〜３の
いずれかに記載の発明において、内燃機関の無負荷運転
条件においては、吸気弁の閉時期が下死点近傍または下
死点よりも早い小作動角に制御すると共に、無負荷運転
からの緩加速の場合には、主として吸気弁の中心角を進
角させることを特徴としている。これによって、内部還
流が増加し、かつ実ストロークが低下することによりポ
ンプ損失が低減される。

【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明において、平坦路の一定速運転条
件においては、吸気弁の閉時期が下死点よりも早い小作
動角に制御すると共に、一定速運転からの急加速の場合
には、吸気弁の作動角の拡大と、吸気弁の中心角の遅角
を併行して行うことを特徴としている。これによって、
吸気量は最大限に確保される。

【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明において、平坦路の一定速運転条
件においては、吸気弁の閉時期が下死点よりも早い小作
動角に制御すると共に、一定速運転からの中程度の加速
の場合には、吸気弁の作動角の拡大と、吸気弁の中心角
の遅角を併行して行うと共に、上記排気還流制御手段に
より機関吸気系に排気を還流させることを特徴としてい
る。これによって、内部還流が増加し、かつ実ストロー
クが低下することによりポンプ損失が低減される。

【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかに記載の発明において、平坦路の一定速運転条
件においては、吸気弁の閉時期が下死点よりも早い小作
動角に制御すると共に、一定速運転からの緩加速の場合
には、主に吸気弁の中心角の進角を行うことを特徴とし
ている。これによって、残留ガスが増大し、ポンプ損失
が大幅に低減される。

【００１８】請求項１０に記載の発明は、請求項６また
は９に記載の発明において、緩加速状態から急加速に移
行する場合には、吸気弁の作動角の拡大と、中心角の遅
角を併行して行うことを特徴としている。これによっ
て、吸気量は最大限に確保される。

【００１９】請求項１１に記載の発明は、請求項５また
は８に記載の発明において、加速初期には吸気弁の中心
角の遅角と吸気弁の作動角の拡大を同時に行い、吸気弁
の開時期を上死点前に保つと共に、その後は中心角の遅
角に応じて吸気弁の開時期の遅角を行うことを特徴とし
ている。

【００２０】請求項１２に記載の発明は、請求項１〜１
１のいずれかに記載の発明において、上記リフト・作動
角可変機構は、駆動軸により回転駆動される偏心カム
と、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリン
クアームと，上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カ
ム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カ
ム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームによ
り揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に
支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介し
て連結され、該ロッカアームに伴って揺動することによ
り吸気弁のタペットを押圧する揺動カムと、を備えてお
り、上記制御軸の偏心カム部の回動位置を変化させるこ
とにより吸気弁のリフト・作動角が同時に増減変化する
ように構成されていることを特徴としている。

【００２１】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の発明において、上記位相可変機構は、上記駆動軸
と同心に回転可能に配置され、かつチエーンもしくはタ
イミングベルトを介してクランクシャフトに従動するス
プロケットと、このスプロケットと上記駆動軸との間に
装着され、両者の相対的な位相を変化させる手段と、を
備えていることを特徴としている。

【００２２】請求項１４に記載の発明は、請求項１、５
及び８のいずれかに記載の発明において、上記排気還流
制御手段は、排気系からスロットル弁下流の吸気系に排
気を導く排気還流通路と、該排気還流通路に介装され、
内燃機関の運転条件に応じて開度が制御される排気還流
制御弁と、を備えていることを特徴としている。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、吸気弁のリフト・作動
角、リフトの中心角及び機関吸気系への排気還流量が、
車両の各運転状態に応じて総合的に制御され、車両のあ
らゆる運転状態においてポンプ損失の低減による燃費性
能の向上とＮＯｘ低減の両立を図ることができる。

【００２４】また、請求項２の発明によれば、スロット
ル全開加速時を除く高負荷領域での内燃機関の運転時
に、ＮＯｘの発生を低減することができる。

【００２５】請求項３の発明によれば、上記高負荷領域
よりも負荷の小さい中負荷領域での内燃機関の運転時
に、ポンプ損失が低減され、燃費性能を向上させること
ができる。

【００２６】請求項４の発明によれば、内燃機関の無負
荷運転状態からの急加速時に、吸気量が最大限に確保さ
れ、大きな駆動トルクを得ることができる。

【００２７】請求項５の発明によれば、内燃機関の無負
荷運転状態からの中程度の加速時に、ＮＯｘの発生が低
減することができる。

【００２８】請求項６の発明によれば、内燃機関の無負
荷運転状態からの緩加速時に、ポンプ損失が低減され、
燃費性能を向上させることができる。

【００２９】請求項７の発明によれば、一定速運転から
の急加速時に、吸気量が最大限に確保され、大きな駆動
トルクを得ることができる。

【００３０】請求項８の発明によれば、一定速運転から
の中程度の加速時に、ポンプ損失が低減され、燃費性能
を向上させることができる。

【００３１】請求項９の発明によれば、一定速運転から
の緩加速時に、ポンプ損失が大幅に低減され、燃費性能
を向上させることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて詳細に説明する。

【００３３】図１は、内燃機関の吸気弁側可変動弁機構
の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁機構は、
吸気弁４のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角
可変機構１と、そのリフトの中心角の位相（図示せぬク
ランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させ
る位相可変機構２と、が組み合わされて構成されてい
る。

【００３４】図２は、リフト・作動角可変機構１のみを
示しており、図１および図２に基づいて、このリフト・
作動角可変機構１を説明する。なお、このリフト・作動
角可変機構１は、本出願人が先に提案したものである
が、例えば特開平１１−１０７７２５号公報等によって
公知となっているので、その概要のみを説明する。

【００３５】リフト・作動角可変機構１は、シリンダヘ
ッド３に図示せぬバルブガイドを介して摺動自在に設け
られた吸気弁４と、シリンダヘッド３上部のカムブラケ
ット５に回転自在に支持された中空状の駆動軸６と、こ
の駆動軸６に、圧入等により固定された偏心カム７と、
上記駆動軸６の上方位置に同じカムブラケット５に回転
自在に支持されるとともに駆動軸６と平行に配置された
制御軸８と、この制御軸８の偏心カム部９に揺動自在に
支持されたロッカアーム１０と、各吸気弁４の上端部に
配置されたタペット１１に当接する揺動カム１２と、を
備えている。上記偏心カム７とロッカアーム１０とはリ
ンクアーム１３によって連係されており、ロッカアーム
１０と揺動カム１２とは、リンク部材１４によって連係
されている。

【００３６】上記駆動軸６は、後述するように、タイミ
ングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関の
クランクシャフトによって駆動されるものである。

【００３７】上記偏心カム７は、円形外周面を有し、該
外周面の中心が駆動軸６の軸心から所定量だけオフセッ
トしているとともに、この外周面に、リンクアーム１３
の環状部１３ａが回転可能に嵌合している。

【００３８】上記ロッカアーム１０は、略中央部が上記
偏心カム部９によって支持されており、その一端部に、
上記リンクアーム１３の延長部１３ｂが連係していると
ともに、他端部に、上記リンク部材１４の上端部が連係
している。上記偏心カム部９は、制御軸８の軸心から偏
心しており、従って、制御軸８の角度位置に応じてロッ
カアーム１０の揺動中心は変化する。

【００３９】上記揺動カム１２は、駆動軸６の外周に嵌
合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部１
２ａに、上記リンク部材１４の下端部が連係している。
この揺動カム１２の下面には、駆動軸６と同心状の円弧
をなす基円面１５ａと、該基円面１５ａから上記端部１
２ａへと所定の曲線を描いて延びるカム面１５ｂと、が
形成されており、これらの基円面１５ａならびにカム面
１５ｂが、揺動カム１２の揺動位置に応じてタペット１
１の上面に当接するようになっている。

【００４０】すなわち、上記基円面１５ａはベースサー
クル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動
カム１２が揺動してカム面１５ｂがタペット１１に接触
すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベー
スサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区
間が設けられている。

【００４１】上記制御軸８は、図１に示すように、一端
部に設けられたリフト・作動角制御用油圧アクチュエー
タ１６によって所定回転角度範囲内で回転するように構
成されている。このリフト・作動角制御用油圧アクチュ
エータ１６への油圧供給は、エンジンコントロールユニ
ット１７からの制御信号に基づき、第１油圧制御部１８
によって制御されている。尚、アクチュエータ１６は、
このアクチュエータ１６の駆動電源がＯＦＦの条件にお
いて、吸気弁４を小リフト・小作動角側に付勢するよう
構成されている。

【００４２】このリフト・作動角可変機構１の作用を説
明すると、駆動軸６が回転すると、偏心カム７のカム作
用によってリンクアーム１３が上下動し、これに伴って
ロッカアーム１０が揺動する。このロッカアーム１０の
揺動は、リンク部材１４を介して揺動カム１２へ伝達さ
れ、該揺動カム１２が揺動する。この揺動カム１２のカ
ム作用によって、タペット１１が押圧され、吸気弁４が
リフトする。

【００４３】ここで、リフト・作動角制御用油圧アクチ
ュエータ１６を介して制御軸８の角度が変化すると、ロ
ッカアーム１０の初期位置が変化し、ひいては揺動カム
１２の初期揺動位置が変化する。

【００４４】例えば偏心カム部９が図の上方へ位置して
いるとすると、ロッカアーム１０は全体として上方へ位
置し、揺動カム１２の端部１２ａが相対的に上方へ引き
上げられた状態となる。つまり、揺動カム１２の初期位
置は、そのカム面１５ｂがタペット１１から離れる方向
に傾く。従って、駆動軸６の回転に伴って揺動カム１２
が揺動した際に、基円面１５ａが長くタペット１１に接
触し続け、カム面１５ｂがタペット１１に接触する期間
は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、か
つその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も
縮小する。

【００４５】逆に、偏心カム部９が図の下方へ位置して
いるとすると、ロッカアーム１０は全体として下方へ位
置し、揺動カム１２の端部１２ａが相対的に下方へ押し
下げられた状態となる。つまり、揺動カム１２の初期位
置は、そのカム面１５ｂがタペット１１に近付く方向に
傾く。従って、駆動軸６の回転に伴って揺動カム１２が
揺動した際に、タペット１１と接触する部位が基円面１
５ａからカム面１５ｂへと直ちに移行する。従って、リ
フト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大
する。

【００４６】上記の偏心カム部９の位置は連続的に変化
させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、図
３に示すように、連続的に変化する。つまり、リフトな
らびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させ
ることができる。特に、このものでは、リフト・作動角
の大小変化に伴い、吸気弁４の開時期と閉時期とがほぼ
対称に変化する。

【００４７】次に、位相可変機構２は、図１に示すよう
に、上記駆動軸６の前端部に設けられたスプロケット１
９と、このスプロケット１９と上記駆動軸６とを、所定
の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用油
圧アクチュエータ２０と、から構成されている。上記ス
プロケット１９は、図示せぬタイミングチェーンもしく
はタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動
している。上記位相制御用油圧アクチュエータ２０への
油圧供給は、エンジンコントロールユニット１７からの
制御信号に基づき、第２油圧制御部２１によって制御さ
れている。この位相制御用油圧アクチュエータ２０への
油圧制御によって、スプロケット１９と駆動軸６とが相
対的に回転し、図４に示すように、リフト中心角が遅進
する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全
体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的
に得ることができる。位相可変機構２としては、油圧式
のものに限られず、電磁式アクチュエータを利用したも
のなど、種々の構成が可能である。

【００４８】なお、リフト・作動角可変機構１ならびに
位相可変機構２の制御としては、実際のリフト・作動角
あるいは位相を検出するセンサを設けて、クローズドル
ープ制御するようにしても良く、あるいは運転条件に応
じて単にオープンループ制御するようにしても良い。

【００４９】図５は、内燃機関のＥＧＲ制御機構を示す
構成説明図である。

【００５０】本実施例においては、上記エンジンコント
ロールユニット１７からの制御信号に基づき、ステッピ
ングモータ駆動で開閉制御されるＥＧＲ弁２２によっ
て、内燃機関の運転条件に対応して排気系と吸気系との
間が連通するよう構成されている。また、ＥＧＲ弁２２
を介して吸気系に導入される排気ガスは、スロットル弁
２３の下流側に導入されている。尚、図中の２５は排気
弁、２６は燃焼室である。

【００５１】本実施例においては、内燃機関の負荷の変
化率としてアクセルペダルの変化速度を検出し、ここで
検出された値をもとに、緩加速、中程度の加速、急加速
等の加速の度合いを判別している。また、クランク角セ
ンサによって内燃機関の回転数を、スロットル弁２３の
開度によって内燃機関の負荷を、それぞれ検出してい
る。尚、これらの各検出値は、上記エンジンコントロー
ルユニット１７へ入力される。・加速状態に対応した制
御のパターン次に本発明の具体的な制御例について説明
する。図６に示すのは本発明の制御の全体概要である。
このエンジン回転数／トルクの図において、〜は代
表的な運転条件を示す。また、図中には各運転条件に対
応した最適な吸気弁４の作動時期を示す。

【００５２】アイドル運転では，吸気弁４は上死点後
４０°（クランク角）前後に開弁時期(ＩＶＯ）が設定
され、閉弁時期（ＩＶＣ）が下死点直前となる極小作動
角の設定となっている。このアイドル運転条件の場合、
実圧縮比を低下させると燃焼安定性が悪化するので、代
わりにＩＶＯを遅らせることで、残留ガスの低減、ポン
プ損失の低減を図っている。

【００５３】これに対し、Ｒ／Ｌ走行では、ＩＶＯは
上死点近傍、ＩＶＣは下死点より相当早い時期に設定
（中心角Φを進角させる）しており、実ストローク、圧
縮比を低下させ、ポンプ損失の大幅低減を図っている。

【００５４】緩加速時では、さらに中心角Φを進角さ
せ、作動角も若干拡大して、ＩＶＯを上死点前として、
バルブオーバラップ拡大による内部還流効果と、ＩＶＣ
進角による実ストローク低下によるポンプ損失低減の相
乗効果を得ている。

【００５５】さらに加速要求が高い中加速域において
は、ＥＧＲ導入のために吸気充填率の向上が不可欠であ
るため、ＩＶＣは下死点近傍、ＩＶＯは上死点近傍とし
ている。作動角は拡大し、中心角ΦはＲ／Ｌ走行条件
、緩加速時よりも遅角させることになる。そして、
この吸気弁開閉時期でＥＧＲを導入する。

【００５６】低速の全開時には、上述した中加速域
の吸気弁開閉時期に近い設定で、スロットル弁２３が全
開となるため、ＥＧＲが入らなくなった分、吸気量が増
え、大トルクが発生する。

【００５７】高速の全開時は、さらに作動角を拡大し
て、出力の向上を図る。・総合的な制御の必要性このよ
うに，各運転条件に対応して、中心角Φは進角、遅角の
極端に異なる設定となり、ＥＧＲ導入制御も絡むから、
例えばアイドリングからの加速の場合、を目指した緩
加速と、を目指した中加速と、を目指した急加速
と、ではそれぞれ加速の度合いによってＩＶＯ、ＩＶＣ
（作動角、中心角Φ）、及びＥＧＲの制御目標値を変え
ることが必要になる。

【００５８】仮に急加速の場合、ひとたびの設定を狙
うと早すぎるＩＶＣでスロットル弁２３が早く全開に達
し、その後ＩＶＣを遅らせ充填効率を確保するまでに回
り道となり、加速のもたつき感が出てしまう。従って、
急加速の場合はそれを的確に判断し、を目指す（中心
角はあまり変えず、作動角を優先的に拡大する）制御と
すれば、制御も必要最小限の動きで済む。図７に各運転
条件に対応した吸気弁４の開閉時期をまとめて示す。

【００５９】図８〜１４にこれらの各加速条件における
過渡時のＩＶＯ、ＩＶＣの制御例を示す。・過渡時の制御の詳細 (１)アイドリングからの緩加速（図８）緩加速と判断されるとＥＧＲ弁２２は作動せず、吸気弁
４の作動角も微増はするが、中心角Φが優先的に進角さ
れ、ＩＶＯの進角によってオーバラップが大となり、Ｉ
ＶＣも進角する。この制御により残留ガス増大と併せ、
ポンプ損失が大幅に低減される。

【００６０】 (２)アイドリングからの中程度の加速（図９）中程度の加速の場合、中心角Φはほぼ一定の状態で作動
角が拡大され、同時にＥＧＲ弁２２が開かれる。ＩＶＯ
は上死点付近となり、ＩＶＣは下死点に近づくため、吸
気充填効率が大となり、吸気量も増えるが、ＥＧＲも大
量に導入することが可能になる。外部ＥＧＲは温度が低
く、残留ガスに比べればＣＯ２の導入量は飛躍的に大と
なるため、高負荷ではあるが効果的にＮＯｘを低減する
ことができる。

【００６１】(３)アイドリングからの急加速（図１０）急加速の場合、スロットル弁２３は実質的に全開に近く
なる。この場合、加速の緊急性を最重点とし、ＥＧＲ弁
２２は作動させず、作動角の拡大のみを行い、吸気量を
最大限に確保する。

【００６２】(４)Ｒ／Ｌからの緩加速（図１１）ＥＧＲ弁２２は作動させず、吸気弁４の作動角も微増は
するが、中心角Φが優先的に進角され、ＩＶＯの進角に
よってオーバラップが大となり、ＩＶＣも進角する。こ
の制御により残留ガス増大と併せ、ポンプ損失が大幅に
低減される。

【００６３】(５)Ｒ／Ｌからの中程度の加速（図１２）Ｒ／Ｌで中心角Φが進角しているため、これを遅角させ
ると同時に、作動角を拡大し、ＥＧＲ弁２２も開かれ
る。従って、ＩＶＯは上死点付近に留まり、ＩＶＣは下
死点近傍に移動する。そのため、吸気充填効率が大とな
り、吸気量も増えるが、ＥＧＲも大量に導入することが
可能になる。外部ＥＧＲは温度が低く、残留ガスに比べ
ればＣＯ２の導入量は飛躍的に大となるため、高負荷で
はあるが効果的にＮＯｘを低減することができる。

【００６４】(６)Ｒ／Ｌからの急加速（図１３）Ｒ／Ｌで中心角Φが進角しているため、これを遅角させ
ると同時に、作動角を拡大する。ＥＧＲ弁２２は開かれ
ない。従って、ＩＶＯは上死点付近に留まり、ＩＶＣは
下死点近傍に移動する。この場合、加速の緊急性を最重
点とし、ＥＧＲ弁２２は作動させず、作動角の拡大のみ
を行い、吸気量を最大限に確保する。

【００６５】 (７)中加速から急加速に移行する場合（図１４）作動角は微増となるが、大きくは変化しない。ＥＧＲ弁
２２は閉じられる。ＥＧＲ量が減った分、吸気量が増え
て、トルクが上昇する。

【００６６】（８）その他の場合（図１５）緩加速から中加速に移行する場合など、ＥＧＲの開弁作
動を行う場合の、ＮＯｘ低減に有効な緻密な制御法であ
る。ＥＧＲ弁２２の応答はステッピングモータの応答改
良によっても向上できるが、有限の速度であることには
変わりはない。さらに応答性を遅らせるのが、図５に示
すように排気系からＥＧＲガスを吸気系まで送る配管系
である。今日一般的な４弁エンジンでは、クロスフロー
の構造であるため、吸排気系は同じ側には無く、ＥＧＲ
パイプは長くなる。このような場合、ＥＧＲ弁２２の開
弁作動開始と同時にバルブオーバラップを縮小すると、
残留ガスも外部ＥＧＲ量もあまり導入されない期間が存
在してしまう。ごく短い期間ではあるが、極限までＮＯ
ｘを低減しなければならない今日のエンジンシステムに
おいては、この期間に盛大にＮＯｘが発生すれば、その
分他の条件で低減しないといけない。

【００６７】ここでは、ＥＧＲ弁２２の開弁作動の初期
において、作動角の拡大率を大として、中心角Φの遅角
によるオーバラップの縮小をその間防止する制御を行っ
ている。このようにすることで、ＥＧＲガスが吸気管に
達し、燃焼室２６に吸入されるまでの間、バルブオーバ
ラップによる残留ガスをある程度確保することができ
る。

【００６８】図１６に、加速時における吸気弁及びＥＧ
Ｒの制御のフローチャートを示す。

【００６９】ステップ１においては、機関回転数、スロ
ットル開度等の運転条件を検出する。

【００７０】車両がアイドル運転状態であればステップ
２以降に進み、Ｒ／Ｌ走行中であればステップ１６以降
に進む。

【００７１】ステップ２では、内燃機関の負荷の変化率
としてアクセルペダルの変化速度から、加速状態か否か
を判別し、加速状態と判定されるとステップ３に進む。

【００７２】ステップ３では、ステップ２で検出された
アクセルペダルの変化速度に基づいて、緩加速、中程度
の加速、急加速等の加速の度合いを判別する。緩加速と
判定されるとステップ４以降へ進み、中程度の加速と判
定されるとステップ７及びステップ１０以降へ進み、急
加速と判定されるとステップ１３以降へ進む。

【００７３】アイドル運転状態からの緩加速の場合、ス
テップ４において、緩加速時の制御マップより、ＩＶ
Ｏ、ＩＶＣの目標値を読み込む。

【００７４】そして、ステップ５及びステップ６では、
吸気弁４のＩＶＯ、ＩＶＣが目標値となるよう中心角Φ
を進角させる。

【００７５】アイドル運転状態からの中程度の加速の場
合、ステップ７において、中程度の加速時の制御マップ
より、ＩＶＯ、ＩＶＣの目標値を読み込む。

【００７６】そして、ステップ８及びステップ９では、
吸気弁４のＩＶＯ、ＩＶＣが目標値となるようよう作動
角を拡大させる。

【００７７】また、ステップ１０では、ＥＧＲ制御マッ
プより、ＥＧＲ弁２２の弁開度の目標値を読み込む。

【００７８】ステップ１１及びステップ１２では、ＥＧ
Ｒ弁２２の弁開度が目標値となるよう制御する。

【００７９】アイドル運転状態からの急加速の場合、ス
テップ１３のおいて、急加速時の制御マップより、ＩＶ
Ｏ、ＩＶＣの目標値を読み込む。

【００８０】そして、ステップ１４及びステップ１５で
は、吸気弁４のＩＶＯ、ＩＶＣが目標値となるよう作動
角を拡大させる。

【００８１】車両がＲ／Ｌ走行中と判定されたステップ
１６では、内燃機関の負荷の変化率としてアクセルペダ
ルの変化速度から、加速状態か否かを判別し、加速状態
と判定されるとステップ１７に進む。

【００８２】ステップ１７では、ステップ１６で検出さ
れたアクセルペダルの変化速度に基づいて、緩加速、中
程度の加速、急加速等の加速の度合いを判別する。緩加
速と判定されるとステップ１８以降へ進み、中程度の加
速と判定されるとステップ２１及びステップ２４以降へ
進み、急加速と判定されるとステップ２７以降へ進む。

【００８３】Ｒ／Ｌからの緩加速の場合、ステップ１８
のおいて、緩加速時の制御マップより、ＩＶＯ、ＩＶＣ
の目標値を読み込む。

【００８４】そして、ステップ５及びステップ６では、
吸気弁４のリフトの中心角Φが目標値となるようＩＶ
Ｏ、ＩＶＣを進角させる。

【００８５】Ｒ／Ｌからの中程度の加速の場合、ステッ
プ２１において、中程度の加速時の制御マップより、Ｉ
ＶＯ、ＩＶＣの目標値を読み込む。

【００８６】そして、ステップ８及びステップ９では、
吸気弁４のＩＶＯ及びＩＶＣが目標値となるよう作動角
の拡大と中心角Φの遅角を行う。

【００８７】また、ステップ２４では、ＥＧＲ制御マッ
プより、ＥＧＲ弁２２の弁開度の目標値を読み込む。

【００８８】ステップ２５及びステップ２６では、ＥＧ
Ｒ弁２２の弁開度が目標値となるよう制御する。

【００８９】Ｒ／Ｌからの急加速の場合、ステップ２７
のおいて、急加速時の制御マップより、ＩＶＯ、ＩＶＣ
の目標値を読み込む。

【００９０】そして、ステップ２８及びステップ２９で
は、吸気弁４のＩＶＯ及びＩＶＣが目標値となるよう作
動角の拡大と中心角Φの遅角を行う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の制御装置に用いられる
吸気弁の可変動弁機構を示す斜視図。

【図２】リフト・作動角可変機構を示す断面図。

【図３】リフト・作動角可変機構によりリフト・作動角
の特性変化を示す特性図。

【図４】位相可変機構によるバルブリフト特性の位相変
化を示す特性図。

【図５】内燃機関のＥＧＲ制御機構を示す構成説明図。

【図６】エンジンの運転条件に対応したバルブリフト特
性とＥＧＲ導入領域を示す説明図。

【図７】エンジンの運転条件の変化に伴う吸気弁の開閉
特性変化を示す説明図。

【図８】アイドル運転状態からの緩加速の場合のＩＶ
Ｏ、ＩＶＣ及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャー
ト。

【図９】アイドル運転状態からの中程度の加速の場合の
ＩＶＯ、ＩＶＣ及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチ
ャート。

【図１０】アイドル運転状態からの急加速の場合のＩＶ
Ｏ、ＩＶＣ及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャー
ト。

【図１１】Ｒ／Ｌからの緩加速の場合のＩＶＯ、ＩＶＣ
及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャート。

【図１２】Ｒ／Ｌからの中程度の加速の場合のＩＶＯ、
ＩＶＣ及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャート。

【図１３】Ｒ／Ｌからの急加速の場合のＩＶＯ、ＩＶＣ
及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャート。

【図１４】中加速から急加速する場合のＩＶＯ、ＩＶＣ
及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャート。

【図１５】緩加速状態から負荷を上げた場合のＩＶＯ、
ＩＶＣ及びＥＧＲ弁の制御を示すタイミングチャート。

【図１６】加速時における吸気弁及びＥＧＲの制御のフ
ローチャート

【符号の説明】

１…リフト・作動角可変機構２…位相可変機構６…駆動軸７…偏心カム８…制御軸９…偏心カム部１０…ロッカーアーム１３…リンクアーム１４…リンク部材１６…リフト・作動角制御用アクチュエータ１７…エンジンコントロールユニット２０…位相制御用油圧アクチュエータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｌ 13/00 ３０１Ｆ０１Ｌ 13/00 ３０１Ｋ３０１Ｙ３０１ＺＦ０２Ｄ 13/02 Ｆ０２Ｄ 13/02 Ｊ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ａ (72)発明者竹村信一神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G016 AA02 AA06 AA19 BA19 BB16 DA08 DA22 GA08 GA09 3G018 AA12 AB07 AB16 BA17 BA29 CA07 DA04 DA15 EA02 EA06 EA07 EA08 EA11 EA12 EA14 EA17 EA25 EA31 EA32 EA35 FA01 FA06 FA07 FA09 GA07 GA09 3G084 BA20 BA23 CA04 DA01 DA02 DA04 DA10 EC07 FA10 FA18 FA33 FA38 3G092 AA11 DA01 DA05 DA09 DA12 DC09 DG03 DG05 DG08 EA01 EA02 EA03 EA04 EA14 FA02 FA03 FA17 FA21 FA25 GA04 GA06 GA12 HA11Z HA13X HA13Z HD07X HE01Z HE03Z HE07Z HF09Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ、
連続的に拡大、縮小制御可能なリフト・作動角可変機構
と、吸気弁のリフトの中心角の位相を遅進させる位相可
変機構と、内燃機関の機関回転数及び負荷を検出する手
段と、内燃機関の負荷の変化率を検出する手段と、機関
吸気系への排気還流量を制御する排気還流制御手段とを
有し、内燃機関の負荷の変化率に応じて上記吸気弁のリフト・
作動角、中心角及び排気還流量を制御することを特徴と
する車両用内燃機関の制御装置。
【請求項２】スロットル全開加速時を除く高負荷領域
での内燃機関の運転条件は、吸気弁の開時期を上死点近
傍、吸気弁の閉時期を下死点近傍にそれぞれ設定すると
共に、上記排気還流制御手段により機関吸気系へ排気を
還流させることを特徴とする請求項１に記載の車両内燃
機関の制御装置。
【請求項３】上記高負荷領域よりも負荷の小さい中負
荷領域での内燃機関の運転条件は、機関吸気系へ排気が
還流されないよう上記排気還流制御手段を制御し、吸気
弁の作動角を内燃機関が無負荷運転状態のときよりも大
きく、かつ上記高負荷領域での運転状態のときよりも小
さくなるよう設定すると共に、吸気弁の中心角を上記高
負荷領域での内燃機関の運転状態のときよりも進角さ
せ、吸気弁の開時期が上死点よりも早くなるよう設定す
ることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内
燃機関の制御装置。
【請求項４】内燃機関の無負荷運転条件においては、
吸気弁の閉時期が下死点近傍または下死点よりも早い小
作動角に制御すると共に、無負荷運転からの急加速の場
合には、主として吸気弁の作動角の拡大を行うことを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機
関の制御装置。
【請求項５】内燃機関の無負荷運転条件においては、
吸気弁の閉時期が下死点近傍または下死点よりも早い小
作動角に制御すると共に、無負荷運転からの中程度の加
速の場合には、主として吸気弁の作動角の拡大を行うと
共に、上記排気還流制御手段により機関吸気系に排気を
還流させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項６】内燃機関の無負荷運転条件においては、
吸気弁の閉時期が下死点近傍または下死点よりも早い小
作動角に制御すると共に、無負荷運転からの緩加速の場
合には、主として吸気弁の中心角を進角させることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機
関の制御装置。
【請求項７】平坦路の一定速運転条件においては、吸
気弁の閉時期が下死点よりも早い小作動角に制御すると
共に、一定速運転からの急加速の場合には、吸気弁の作
動角の拡大と、吸気弁の中心角の遅角を併行して行うこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用
内燃機関の制御装置。
【請求項８】平坦路の一定速運転条件においては、吸
気弁の閉時期が下死点よりも早い小作動角に制御すると
共に、一定速運転からの中程度の加速の場合には、吸気
弁の作動角の拡大と、吸気弁の中心角の遅角を併行して
行うと共に、上記排気還流制御手段により機関吸気系に
排気を還流させることを特徴とする請求項１〜６のいず
れかに記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項９】平坦路の一定速運転条件においては、吸
気弁の閉時期が下死点よりも早い小作動角に制御すると
共に、一定速運転からの緩加速の場合には、主に吸気弁
の中心角の進角を行うことを特徴とする請求項１〜６の
いずれかに記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項１０】緩加速状態から急加速に移行する場合
には、吸気弁の作動角の拡大と、中心角の遅角を併行し
て行うことを特徴とする請求項６または９に記載の車両
用内燃機関の制御装置。
【請求項１１】加速初期には吸気弁の中心角の遅角と
吸気弁の作動角の拡大を同時に行い、吸気弁の開時期を
上死点前に保つと共に、その後は中心角の遅角に応じて
吸気弁の開時期の遅角を行うことを特徴とする請求項５
または８に記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項１２】上記リフト・作動角可変機構は、駆動
軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外
周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと，上記駆動
軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能
な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着
され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカア
ームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、
上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカ
アームに伴って揺動することにより吸気弁のタペットを
押圧する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の偏心
カム部の回動位置を変化させることにより吸気弁のリフ
ト・作動角が同時に増減変化するように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の車
両用内燃機関の制御装置。
【請求項１３】上記位相可変機構は、上記駆動軸と同
心に回転可能に配置され、かつチエーンもしくはタイミ
ングベルトを介してクランクシャフトに従動するスプロ
ケットと、このスプロケットと上記駆動軸との間に装着
され、両者の相対的な位相を変化させる手段と、を備え
ていることを特徴とする請求項１２に記載の車両用内燃
機関の制御装置。
【請求項１４】上記排気還流制御手段は、排気系から
スロットル弁下流の吸気系に排気を導く排気還流通路
と、該排気還流通路に介装され、内燃機関の運転条件に
応じて開度が制御される排気還流制御弁と、を備えてい
ることを特徴とする請求項１、５及び８のいずれかに記
載の車両用内燃機関の制御装置。