JP2007198196A

JP2007198196A - 内燃機関

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Publication number: JP2007198196A
Application number: JP2006016166A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Sugiyama; 孝伸杉山; Ryosuke Hiyoshi; 亮介日吉; Takeshi Arinaga; 毅有永; Susumu Ishizaki; 晋石崎; Masashi Oba; 正士大場
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-01-25
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: JP4665777B2

Abstract

【課題】空気量の変化に伴うトルク変動を抑制する。
【解決手段】吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構１０と、排気中の空燃比を計測する酸素センサ６０（空燃比検出手段）と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行うコントロールユニット５０（空燃比フィードバック制御手段）と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁１のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、酸素センサ６０の出力信号に応じてリフト・作動角可変機構１０により吸入空気量が可変制御される。これによって燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関に関する。

従来より、排気管に取り付けられた酸素センサまたは空燃比センサの出力に応じて燃料供給量を変化させ、触媒の転換効率の高い運転状態にすることが提案されている。

また特許文献１には、Ａ／Ｆセンサ（空燃比センサ）の出力に応じて燃料供給量（燃料噴射量）と空気（吸入空気量）を変化させて、空燃比を目標空燃比となるよう制御する際のトルク変化を抑止するようにした技術が提案されている。
特開昭６１−７０１４８号公報

しかしながら、吸気弁よりも上流側に位置するスロットル弁の開度により吸入空気量を制御するような従来のスロットル制御を用いた場合には、スロットル弁よりも下流側に位置する吸気コレクタに充填される空気の一次応答遅れがあり、空気量変化を俊敏にすることが困難になる虞がある。

そこで、本発明は、吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、空燃比検出手段の出力信号に応じてリフト・作動角可変機構により吸入空気量が可変制御されることを特徴としている。吸気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁機構を用いて吸入空気量を制御すれば、空気量変化を鋭敏にすることが可能になる。

本発明によれば、目標空燃比と計測された空燃比（実際の空燃比）とのずれ分を燃料噴射量ではなく吸入空気量で補正することが可能となる。つまり、燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。また、燃料付着量が大となる冷機状態では、燃料増加が抑制され、ひいては未燃ガスの排出を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

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１のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１０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２０と、が組み合わされて構成されている。

まず、リフト・作動角可変機構１０について説明する。尚、このリフト・作動角可変機構１０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。

リフト・作動角可変機構１０は、互いに並行に気筒列方向へ延びる駆動軸１１および制御軸１２を有している。駆動軸１１は、クランクシャフト（図示せず）から伝達される回転動力により軸周りに回転する。この駆動軸１１には、吸気弁１のバルブリフタ２に接触可能な揺動カム１３が回転自在に外嵌されているとともに、各気筒毎に偏心カム１４が固定又は一体形成されている。この偏心カム１４の外周面の軸心は駆動軸１１の軸心に対して偏心しており、この偏心カム１４の外周面にリング状の第一リンク１５が回転自在に外嵌している。

制御軸１２には、各気筒毎に偏心カム部としての制御カム１６が固定又は一体形成されている。この制御カム１６の外周面の軸心は制御軸１２の軸心に対して偏心しており、この制御カム１６の外周面に、ロッカーアーム１７の中央部が回転自在に連結されており、ロッカーアーム１７の他端はロッド状の第二リンク１８の一端部と回転自在に連結されている。この第二リンク１８の他端は揺動カム１３の先端部と回転自在に連結されている。

従って、クランクシャフトの回転に連動して駆動軸１１が軸周りに回転すると、偏心カム１４に外嵌する第一リンク１５がほぼ並進方向に作動し、この第一リンク１５の並進運動がロッカーアーム１７の揺動運動に変換されて、第二リンク１８を介して揺動カム１３が揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁１のバルブリフタ２に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１が図外のバルブスプリングの反力に抗して開閉駆動される。

また、アクチュエータ（制御軸駆動用モータ）３０により、制御軸１２を回転駆動すると、ロッカーアーム１７の揺動中心となる制御カム１６の中心位置が変化して、このロッカーアーム１７及びリンク１５、１８の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁１の作動角およびバルブリフト量の双方が連続的、かつ気筒列毎に各気筒の吸気弁１が連動して作動する。換言すれば、基準に対して所定の回転方向に向かって制御軸１２の軸回転角度（回転角度）を大きくすると吸気弁１のリフト量が大きくなる。

位相可変機構２０は、上述したリフト・作動角可変機構２０の駆動軸１１の一端側に設けられたものである。

駆動軸１１の一端側には、その外周上にカムスプロケット２１が同軸上に配置されている。このカムスプロケット２１は、チェーン又はタイミングベルトを介してクランクシャフトからの回転動力が伝達され、クランクシャフトと同期して回転する。

位相可変機構２０は、上記のカムスプロケット２１と駆動軸１１との間の回転伝達経路に設けられ、ソレノイドバルブ４１により供給油圧を制御することによって、両者の回転位相を連続的かつ多段階に変化させるよう構成されたものである。尚、このような位相可変機構は、ベーンを用いたタイプ、ヘリカルスプラインを用いたタイプ等が公知であり、詳細な説明は省略する。

また、図１における３１は、制御軸１２の回転角度を検出する制御軸センサである。

図２は本発明の一実施形態を示すシステム構成図である。燃焼室４は、エンジン各気筒のピストン３冠面部と、点火栓５を囲むように配置された吸気弁１及び排気弁６との間に構成されている。７は吸気通路、８は排気通路である。吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。吸気弁１、排気弁６、燃料噴射弁９および点火栓５の作動はコントロールユニット５０により制御されている。このコントロールユニット５０には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力し、これによりエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ５３、アクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ５５、吸気通路７にて吸入空気量を計測するエアフローメータ５１、排気触媒５６の上流側に位置して排気中の酸素濃度から空燃比のリッチ・リーンを検出する酸素センサ６０、点火する気筒を判別する気筒判別センサ５４、から信号が入力されている。

尚、図示はしないが、運転者がアクセルペダルが踏んでいないか、少しでも踏んでいるかを判定（踏んでいなければＯＮ、少しでも踏んでいればＯＦＦと判定）するアイドルスイッチからの信号もコントロールユニット５０には入力されている。さらに、排気触媒５６の温度を検知する触媒温度センサ（図示せず）からの信号もコントロールユニット５０には入力されている。

また、エアフローメータ５１の下流側には、電子制御式スロットル８０が配置され、アクセル開度ＡＰＯ検出結果、機関回転数など機関の運転状況に応じてコントロールユニット５０により駆動制御されている。

電子制御スロットル８０の下流側には、吸気コレクタ８１が配設され、吸気コレクタ８１の下流側には、前述した吸気通路７が配置されている。

吸気コレクタ８１には、内部の圧力を検知する圧力センサ９０が配置されており、検出されたコレクタ８１内部の圧力はコントロールユニット５０に入力されている。この他、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ等からも信号が入力されるが、図示は省略した。尚、図２中の５２は、エアクリーナである。また、コントロールユニット５０は、このような各種入力信号に基づいて、内燃機関の空燃比のフィードバック制御を行うことができるものである。

上述のリフト・作動角可変機構１０を用いると、良好な応答性で吸入空気量を制御することが可能となる。そのため、従来、空燃比のフィードバック制御を行う場合には、燃料噴射量を変更することで行っていたが、基本的には燃料噴射量によってトルクが決定されるので、トルク変動が生じることになる。そこで、本実施形態においては、計測された空燃比に応じて、リフト・作動角可変機構１０を作動させ、リフト・作動角を変更することで、吸入空気量を可変制御し、空燃比とトルクを同時に適正化する。

図３は、燃料噴射量と吸入空気量の双方を可変制御することで空燃比を適正化した本実施形態の空燃比とトルクの相関関係を示している。図４は、本実施形態における空燃比、燃料噴射量及びリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２の回転角度のタイミングチャートを示している。図５は、吸入空気量を一定とし、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例における空燃比とトルクの相関関係を示している。尚、図４中に点線で示した燃料噴射量は、図５に示した比較例の燃料噴射量を表すものである。

本実施形態においては、図４に示すように、空燃比がリーンと判定されると（λ＝λ₂を検知）、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも小リフト・小作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を小さくして吸入空気量を減少させると共に、燃料噴射量を減少させる。詳述すると、空燃比がリーンと判定された際の燃料噴射量は、減少した後に徐々に増加するように制御されている。

また、空燃比がリッチと判定されると（λ＝λ₁を検知）、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも大リフト・大作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を大きくして吸入空気量を増加させると共に、燃料噴射量を増加させる。詳述すると、空燃比がリッチと判定された際の燃料噴射量は、増加した後に徐々に減少するように制御されている。

このように、空燃比の検出値がリッチからリーンに切り替わるタイミング、あるいはリーンからリッチ切り替わるタイミングにおいて、吸入空気量と燃料噴射量の双方を変更することにより、図３に示すように、このときのトルク変動であるΔＴ１を、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例（図５を参照）のトルク変動であるΔＴ２よりも相対的に小さくすることができる。

詳述すると、空燃比がリーンと判定されると空気量と燃料噴射量の双方が減少するように制御し、空燃比がリッチと判定されると空気量と燃料噴射量の双方が増加するように制御することで、図３に示すように、このときのトルク変動であるΔＴ１を相対的に小さくすることができる。

図６は、本実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップ（以下、単にＳと記す）１１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ１２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御領域であればＳ１３へ進み、空燃比フィードバック制御領域でなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ１３では、内燃機関が回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、アイドル運転領域であればＳ１４へ進み、アイドル運転領域でなければＳ１５へ進む。

つまり、空燃比フィードバック制御領域でアイドル運転領域であればＳ１４へ進み、空燃比フィードバック制御領域でアイドル運転領域でない場合にＳ１５へ進む。

Ｓ１４では、計測された空燃比の反転時にＴＧＶＥＬを変更する。すなわち空燃比がリーンに切り替わったと判定（λ＝λ₂を検知）されると吸気弁１のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更し、空燃比がリッチに切り替わったと判定（λ＝λ₁を検知）されると吸気弁１のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更する。

換言すれば、空燃比がリーンに切り替わったと判定（λ＝λ₂を検知）されるとリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも小リフト・小作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を小さくして吸入空気量を減少させる。このとき燃料噴射量は減少させた後に増加するよう制御される。つまり、空燃比がリーンに切り替わった直後においては、吸入空気量と燃料噴射量は伴に減少傾向にある。

一方、空燃比がリッチと判定される（λ＝λ₁を検知）とリフト・作動角可変機構１０の制御軸１２をＴＧＶＥＬ（目標回転角度）よりも大リフト・大作動角側に所定量α回転させ吸気弁１のリフト・作動角を大きくして吸入空気量を増加させる。このとき燃料噴射量は増加させた後に減少するよう制御される。つまり、空燃比がリッチに切り替わった直後においては、吸入空気量及び燃料噴射量は伴に増加傾向にある。

Ｓ１５では、目標トルクと実トルクとの乖離に応じてＴＧＶＥＬを変更する。すなわち、目標トルクに対して実トルクが小さい場合には、吸気弁１のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更し、目標トルクに対して実トルクが大きい場合には、吸気弁１のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更する。

このような第１実施形態においては、空燃比フィードバック制御領域で、かつアイドル運転領域では、目標空燃比と計測された空燃比（実際の空燃比）とのずれ分を燃料噴射量ではなく吸入空気量で補正することで、燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。

以下、本発明の他の実施形態について順次説明するが、以下に説明する第２〜第６の各実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、図１に示す可変動弁機構と、図２に示す内燃機関のシステム構成と、を基本的には備えるものであり、同一構成の部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、空燃比フィードバック制御領域で、かつアイドル運転状態のときに、空燃比がリッチからリーンあるいはリーンからリッチに反転したときに、リフト・作動角可変機構１０を作動させていたが、この第２実施形態においては、空燃比がリッチであるかリーンであるかに対応して、リフト・作動角可変機構の目標作動角（制御軸１２の目標回転角度）を変更するものである。

図７は、この第２実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ２１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ２２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合にはＳ２３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ２３では、空燃比がリッチであるか否かを判定し、リッチであればＳ２４へ進み、リッチでなければＳ２５へ進む。

Ｓ２４では、吸気弁１のＴＧＶＥＬ（目標回転角度）に予め設定された所定量αを加算した値を新たなＴＧＶＥＬ（目標回転角度）とし制御軸１２の回転を制御する。

Ｓ２５では、空燃比がリーンであるか否かを判定し、リーンであればＳ２６へ進み、リーンでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ２６では、吸気弁１のＴＧＶＥＬ（目標回転角度）から予め設定された所定量αを減算した値を新たなＴＧＶＥＬ（目標回転角度）とし制御軸１２の回転を制御する。

このような第２実施形態においては、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が可能となる。

次に本発明の第３実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、空燃比フィードバック制御領域で、かつアイドル運転状態のときに、空燃比がリッチからリーンあるいはリーンからリッチに反転したときに、リフト・作動角可変機構１０を作動させていたが、この第３実施形態においては、アイドル運転状態で、エンジンの目標回転数とエンジンの実際の回転数との乖離量に応じて目標吸入空気量と目標燃料噴射量を設定したものであり、乖離量が大きい場合には、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量の双方を変更し、乖離量が小さい場合には、目標燃料噴射量のみを変更する。

図８は、この第３実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ３１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ３２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつ回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合にはＳ３３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ３３では、エンジンの目標回転数とエンジンの実際の回転数との乖離量、すなわちエンジンの目標回転数とエンジンの実際の回転数との差の絶対値が予め設定された所定値βよりも大きい場合にはＳ３４へ進み、そうでない場合にはＳ３５へ進む。ここで、所定値βは、例えば５０ｒｐｍ等に値に設定されるものである。

Ｓ３４では、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量の双方を変更する。ここで、目標吸入空気量は、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２の回転角度を変化させることで変更する。

Ｓ３５では、目標燃料噴射量のみを変更する。

このような第３実施形態においては、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が可能となる。

次に本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、上述した第３実施形態と略同一であるが、この第４実施形態において、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合に、吸入空気量と燃料噴射量の双方を変更するにあたって、目標燃料噴射量が比例制御を用いることなく決定されている。詳述すると、この第４実施形態においては、吸入空気量と燃料噴射量の双方を変更するにあたって、現在値と目標値の偏差に比例した出力を出すいわゆる比例動作（Ｐ動作）を用いることなく目標燃料噴射量が決定されている。

図９は、この第４実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ４１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ４２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつ回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合にはＳ４３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ４３では、エンジンの目標回転数とエンジンの実際の回転数との乖離量、すなわちエンジンの目標回転数とエンジンの実際の回転数との差の絶対値が予め設定された所定値βよりも大きい場合にはＳ４４へ進み、そうでない場合にはＳ４５へ進む。ここで、所定値βは、例えば５０ｒｐｍ等に値に設定されるものである。

Ｓ４４では、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量の双方を変更する。ここで、目標燃料噴射量が比例制御を用いることなく決定されている。尚、目標吸入空気量は、リフト・作動角可変機構１０の制御軸１２の回転角度を変化させることで変更する。

Ｓ４５では、目標燃料噴射量のみを変更する。

このような第４実施形態においては、吸気弁のリフト作動角可変機構の微小制御に伴う応答遅れを回避することができる。

次に本発明の第５実施形態について説明する。上述した第１実施形態においては、空燃比フィードバック制御領域で、かつアイドル運転状態のときに、空燃比がリッチからリーンあるいはリーンからリッチに反転したときに、リフト・作動角可変機構１０を作動させていたが、この第５実施形態においては、空燃比がリッチもしくはリーンと判定されると位相可変機構２０を作動させる。詳述すると、空燃比がリッチと判定されるとポンプ損失を増大させるように吸気弁開弁時期を遅角化させ、空燃比がリーンと判定されるとポンプ損失を減少させるように吸気弁開弁時期を進角化させる。

図１０は、この第５実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ５１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ５２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合にはＳ５３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ５３では、空燃比がリッチであるか否かを判定し、リッチであればＳ５４へ進み、リッチでなければＳ５５へ進む。

Ｓ５４では、ポンプ損失が増大するよう、吸気弁１の開弁時期を遅角化する。

Ｓ５５では、空燃比がリーンであるか否かを判定し、リーンであればＳ５６へ進み、リーンでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ５６では、ポンプ損失が減少するよう、吸気弁１の開弁時期を進角化する。

このような第５実施形態においては、ポンプ損失を増減させることでトルク変化（トルク変更）を実現することができ、始動時に要求される回転数の確保が可能となり、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が一層容易となる。

次に本発明の第６実施形態について説明する。

この第６実施形態は、内燃機関の排気弁６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（図示せず）を備え、空燃比がリッチでかつ排気触媒５６の触媒温度が予め設定された所定温度ＴＦ１よりも低いときにはポンプ損失を増大させるように排気弁閉弁時期（ＥＶＣ）を進角化させ、空燃比がリーンでかつ排気触媒５６の触媒温度が予め設定された所定温度ＴＦ２よりも高いときにはポンプ損失を減少させるように排気弁閉弁時期（ＥＶＣ）を遅角化させる。

図１１は、この第６実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ６１では、冷却水温、エンジン回転数、アイドルスイッチの状態（ＯＮ状態かＯＦＦ状態か）を読み込む。

Ｓ６２では、内燃機関が、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、回転数制御領域、すなわちアイドル運転領域であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御を実施できる領域で、かつアイドル運転領域である場合にはＳ６３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ６３では、空燃比がリッチであり、かつ排気触媒５６の触媒温度がＴＦ１よりも低いか否かを判定し、空燃比がリッチで、かつ触媒温度がＴＦ１よりも低ければＳ６４へ進み、そうでなければＳ６５へ進む。

Ｓ６４では、ポンプ損失が増大するよう、排気弁６の開弁時期を遅角化する。

Ｓ６５では、空燃比がリーンであり、かつ排気触媒５６の触媒温度がＴＦ２よりも高いか否かを判定し、空燃比がリーンで、かつ触媒温度がＴＦ２よりも高ければＳ６６へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ６６では、ポンプ損失が減少するよう、排気弁６の開弁時期を進角化する。

このような第６実施形態においては、ポンプ損失を増減させることでトルク変化（トルク変更）を実現することができ、始動時に要求される回転数の確保が可能となり、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が一層容易となる。

また、触媒温度が低いときにはポンプ損失を減らすことを禁止して触媒温度の上昇を促進させ、触媒温度が高いときには積極的に触媒温度が下げるようにポンプ損失を減少させることになるので、触媒温度と、ポンプ損失増減によるトルク増減と、の両立を図ることが可能となる。

尚、上述した第６実施形態においては、排気弁６のリフト中心角の位相を可変制御するにあたり排気触媒５６の触媒温度を考慮しているが、排気触媒５６の触媒温度を考慮せず、空燃比がリッチもしくはリーンと判定されると排気弁６の位相可変機構を作動させるようにしてもよい。詳述すると、図１１におけるＳ６３では空燃比がリッチであればＳ６４へ進むようにし、同じくＳ６５では空燃比がリーンであればＳ６６へ進むような制御にすることも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１）吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、空燃比検出手段の出力信号に応じてリフト・作動角可変機構により吸入空気量が可変制御される。これによって、目標空燃比と計測された空燃比（実際の空燃比）とのずれ分を燃料噴射量ではなく吸入空気量で補正することが可能となる。つまり、燃料噴射量の増減により空燃比を補正する場合に比べて、トルク変動を低減することができる。また、燃料付着量が大となる冷機状態では、燃料増加が抑制され、ひいては未燃ガスの排出を抑制することができる。

（２）上記（１）に記載の内燃機関において、リフト・作動角可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されると吸気弁のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更し、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されると吸気弁のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更される。

（３）上記（２）に記載の内燃機関において、リフト・作動角可変機構の駆動源は電動であり、空燃比検出手段の出力信号に応じて目標吸入空気量及び目標燃料噴射量が決定される。これによって、トルクの制御と空燃比の制御の両立、すなわちトルクと空燃比を同時に適性化することが可能となる。

（４）上記（３）に記載の内燃機関において、目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量のいずれかを加味して、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量がそれぞれ設定される。

（５）上記（４）に記載の内燃機関において、目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量が大きい場合には、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量の双方を変更し、目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量が小さい場合には、目標燃料噴射量のみを変更する。これによって、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が可能となる。

（６）上記（５）に記載の内燃機関において、リッチ判定時に行う吸気弁の大リフト・大作動角側への変更と、リーン判定時に行う吸気弁の小リフト・小作動角側への変更とは、空燃比検出手段により空燃比の判定が変更されたときにのみ行われると共に、目標吸入空気量と目標燃料噴射量の双方を変更する際には、目標燃料噴射量は比例制御を用いることなく決定される。これによって、吸気弁のリフト作動角可変機構の微小制御に伴う応答遅れを回避することができる。

（７）吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト中心角の位相を変更可能な内燃機関において、位相可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されるとポンプ損失を増大させるように吸気弁開弁時期を遅角化させ、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されるとポンプ損失を減少させるように吸気弁開弁時期を進角化させる。これによって、ポンプ損失を増減させることでトルク変化（トルク変更）を実現することができ、始動時に要求される回転数の確保が可能となり、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が一層容易となる。

（８）排気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、排気弁のリフト中心角の位相を変更可能な内燃機関において、
位相可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されるとポンプ損失を増大させるように排気弁閉弁時期を進角化させ、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されるとポンプ損失を減少させるように排気弁閉弁時期を遅角化させる。これによって、トルク増減を排気弁閉弁時期で調整し、排気弁で空燃比の調整ができることとなり、トルク応答性の向上と空燃比応答性の確保の両立が一層容易になる。

（９）上記（７）に記載の内燃機関において、排気経路に配置された触媒温度が所定値以下の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されても吸気弁開弁時期の進角化を禁止し、排気経路に配置された触媒温度が所定値以上の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されても吸気弁開弁時期の遅角化を禁止する。これによって、触媒温度が低いときにはポンプ損失を減らすことを禁止して触媒温度の上昇を促進させ、触媒温度が高いときには積極的に触媒温度が下げるようにポンプ損失を減少させることになるので、触媒温度と、ポンプ損失増減によるトルク増減と、の両立を図ることが可能となる。

（１０）上記（８）に記載の内燃機関において、排気経路に配置された触媒温度が所定値以下の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されても排気弁閉弁時期の遅角化を禁止し、排気経路に配置された触媒温度が所定値以上の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されても排気弁閉弁時期の進角化を禁止する。これによって、触媒温度が低いときにはポンプ損失を減らすことを禁止して触媒温度の上昇を促進させ、触媒温度が高いときには積極的に触媒温度が下げるようにポンプ損失を減少させることになるので、触媒温度と、ポンプ損失増減によるトルク増減と、の両立を図ることが可能となる。

（１１）上記（１）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関において、リフト・作動角可変機構は、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、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、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、かつリンクアームにより揺動されるロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されるとともに、ロッカアームにリンクを介して連結され、ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺動カムと、を備えており、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。

本発明に係る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。本発明に係る内燃機関のシステム構成を示す説明図。燃料噴射量と吸入空気量の双方を可変制御することで空燃比を適正化した本発明に係る内燃機関の空燃比とトルクとの相関関係を示した説明図。本発明の第１実施形態における空燃比、燃料噴射量及びリフト・作動角可変機構の制御軸の回転角度を示すタイミングチャート。吸入空気量を一定とし、燃料噴射量のみを変更することで空燃比を適正化した比較例における空燃比とトルクの相関関係を示した説明図。本発明の第１実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。本発明の第２実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。本発明の第３実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。本発明の第４実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。本発明の第５実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。本発明の第６実施形態における内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。

符号の説明

１…吸気弁
６…排気弁
１０…リフト・作動角可変機構
１２…制御軸

Claims

吸気弁のリフト・作動角を連続的に拡大縮小制御可能なリフト・作動角可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト・作動角を変更することで、主として内燃機関の吸入空気量を可変制御する内燃機関において、
空燃比検出手段の出力信号に応じてリフト・作動角可変機構により吸入空気量が可変制御されることを特徴とする内燃機関。
リフト・作動角可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されると吸気弁のリフト・作動角を大リフト・大作動角側に変更し、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されると吸気弁のリフト・作動角を小リフト・小作動角側に変更されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
リフト・作動角可変機構の駆動源は電動であり、空燃比検出手段の出力信号に応じて目標吸入空気量及び目標燃料噴射量が決定されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量のいずれかを加味して、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量がそれぞれ設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量が大きい場合には、目標吸入空気量及び目標燃料噴射量の双方を変更し、
目標トルクと実際のトルクとの乖離量、あるいは目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との乖離量が小さい場合には、目標燃料噴射量のみを変更することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
リッチ判定時に行う吸気弁の大リフト・大作動角側への変更と、リーン判定時に行う吸気弁の小リフト・小作動角側への変更とは、空燃比検出手段により空燃比の判定が変更されたときにのみ行われると共に、目標吸入空気量と目標燃料噴射量の双方を変更する際には、目標燃料噴射量は比例制御を用いることなく決定されることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
吸気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、吸気弁のリフト中心角の位相を変更可能な内燃機関において、
位相可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されるとポンプ損失を増大させるように吸気弁開弁時期を遅角化させ、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されるとポンプ損失を減少させるように吸気弁開弁時期を進角化させることを特徴とする内燃機関。
排気弁のリフト中心角の位相を遅進させる位相可変機構と、排気中の空燃比を計測する空燃比検出手段と、計測された空燃比に応じて空燃比のフィードバック制御を行う空燃比フィードバック制御手段と、を備え、機関運転条件に応じて、排気弁のリフト中心角の位相を変更可能な内燃機関において、
位相可変機構は、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されるとポンプ損失を増大させるように排気弁閉弁時期を進角化させ、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されるとポンプ損失を減少させるように排気弁閉弁時期を遅角化させることを特徴とする内燃機関。
排気経路に配置された触媒温度が所定値以下の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されても吸気弁開弁時期の進角化を禁止し、
排気経路に配置された触媒温度が所定値以上の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されても吸気弁開弁時期の遅角化を禁止することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
排気経路に配置された触媒温度が所定値以下の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリーンと判定されても排気弁閉弁時期の遅角化を禁止し、
排気経路に配置された触媒温度が所定値以上の場合には、空燃比検出手段により空燃比がリッチと判定されても排気弁閉弁時期の進角化を禁止することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
リフト・作動角可変機構は、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、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、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、かつリンクアームにより揺動されるロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されるとともに、ロッカアームにリンクを介して連結され、ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁を押圧する揺動カムと、を備えており、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１〜６のいずれかに記載の内燃機関。