JP2009024520A - 可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関し、吸気弁の遅開き制御を行う場合に、吸気流速を利用した燃料の微粒化効果を維持しつつ、点火プラグのかぶり防止やシリンダウェット量の低減を良好に実現することを目的とする。
【解決手段】吸気弁３０の開き時期およびリフト速度を変更可能とする吸気可変動弁機構３４を備える。内燃機関１０の冷間始動時などに燃料の微粒化促進目的で、吸気弁３０の開き時期を吸気上死点よりも遅角させる吸気弁遅開き制御を実行する。吸気弁遅開き制御の実行時に、同一作用角条件下において最大リフト位置を基準に前後対称となるリフトカーブと比較して、吸気弁３０の開き時期から所定のクランク角度までの区間におけるリフト量が高くなるように、吸気弁３０を制御する。
【選択図】図７

Description

この発明は、可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、吸気弁および排気弁のバルブタイミングをそれぞれ可変とする可変動弁機構を備える内燃機関のバルブタイミング制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、内燃機関の冷間始動時に、吸気弁の開き時期を吸気上死点後よりも遅らせる吸気弁遅開き制御を行うようにしている。このような制御によれば、吸気流速の向上を利用して、燃料の微粒化の促進を図ることができる。

そのうえで、上記従来の制御装置では、筒内に流入した燃料が排気弁およびその周辺に付着しないように、排気弁の閉じ時期を通常時の閉じ時期よりも遅らせるようにしている。

特開２００５−２４８７６６号公報 特開平９−２５６８９１号公報

上記従来の制御装置の手法によれば、上述したように、吸気弁遅開き制御とともに排気弁の閉じ時期を遅らせる制御を行うことによって、吸気弁の開弁時における筒内負圧を大気圧側に近づけることができ、その開弁時における瞬間的な吸気流速を抑えることができるようになる。しかしながら、そのような従来の手法では、開弁時における吸気流速を抑制したことに伴い、吸気弁の遅開き制御による燃料の微粒化の効果も減少してしまう。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気弁の遅開き制御を行う場合に、吸気流速を利用した燃料の微粒化効果を維持しつつ、点火プラグのかぶり防止やシリンダウェット量の低減を良好に実現可能とする可変動弁機構を備える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、吸気弁の少なくとも開き時期およびリフト速度を変更可能とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を制御して、吸気弁の開き時期を吸気上死点よりも遅角させる吸気弁遅開き制御を実行する吸気弁遅開き制御手段とを備え、
前記吸気弁遅開き制御手段は、同一作用角条件下において最大リフト位置を基準に前後対称となるリフトカーブと比較して、吸気弁の開き時期から所定のクランク角度までの区間におけるリフト量が高くなるように、吸気弁を制御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、内燃機関の環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する情報を取得する情報取得手段を更に備え、
前記吸気弁遅開き制御手段は、内燃機関の前記環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する前記情報に基づいて、吸気弁の開き時期から前記所定のクランク角度までの区間における前記リフト量を可変に制御することを特徴とする。

また、第３の発明は、吸気弁の少なくとも開き時期およびリフト速度を変更可能とする可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を制御して、吸気弁の開き時期を吸気上死点よりも遅角させる吸気弁遅開き制御を実行する吸気弁遅開き制御手段とを備え、
前記吸気弁遅開き制御手段は、最大リフト位置よりも前半側の区間のうちの少なくとも一部の区間でのリフト速度の絶対値が当該最大リフト位置よりも後半側の区間でのリフト速度の絶対値よりも大きくなるように、吸気弁を制御することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、内燃機関の環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する情報を取得する情報取得手段を更に備え、
前記吸気弁遅開き制御手段は、内燃機関の前記環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する前記情報に基づいて、最大リフト位置よりも前半側の区間のうちの少なくとも一部の前記区間での前記リフト速度を可変に制御することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記吸気弁遅開き制御手段は、吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において最大リフト位置が到来するように吸気弁を制御することを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記可変動弁機構は、吸気弁を駆動するカムをカムシャフト回りに電動回転可能な機構であることを特徴とする。

第１の発明によれば、吸気弁遅開き制御による吸気弁の開弁初期段階における瞬間的なバルブ通過流速の向上効果を維持したまま、開弁初期においてバルブ通過流速が過大な値を示す期間を短くすることができる。これにより、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグや排気弁周辺に向かう吸気の流れを少なくすることができる。このため、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグのかぶりを良好に防止することが可能となり、また、排気側のシリンダ壁面に付着する燃料量（いわゆるシリンダウェット量）を良好に低減することが可能となる。

第２の発明によれば、使用される燃料の揮発性およびまたは内燃機関の環境温度に関する情報に基づいて、燃料の微粒化促進効果とシリンダウェット量の低減等の効果との良好なバランスを図ることができる。

第３の発明によれば、吸気弁遅開き制御による吸気弁の開弁初期段階における瞬間的なバルブ通過流速の向上効果を維持したまま、開弁初期においてバルブ通過流速が過大な値を示す期間を短くすることができる。これにより、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグや排気弁周辺に向かう吸気の流れを少なくすることができる。このため、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグのかぶりを良好に防止することが可能となり、また、排気側のシリンダ壁面に付着する燃料量（いわゆるシリンダウェット量）を良好に低減することが可能となる。

第４の発明によれば、使用される燃料の揮発性およびまたは内燃機関の環境温度に関する情報に基づいて、燃料の微粒化促進効果とシリンダウェット量の低減等の効果との良好なバランスを図ることができる。

第５の発明によれば、ピストンの速度が最も高まることでバルブ通過流速が最も高くなり易くなる吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において、吸気弁のリフト量を効果的に高めておくことができ、これにより、バルブ通過流速が過大な値を示す期間を効果的に短縮することができる。

第６の発明によれば、吸気弁遅開き制御手段が制御する可変動弁機構として、吸気弁を駆動するカムをカムシャフト回りに電動回転可能な機構を用いて、上述した第１乃至第５の発明による良好な効果を奏することが可能となる。

実施の形態１．
［システム構成］
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関１０の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、直列４気筒型のエンジンであるものとする。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ２４が配置されている。

また、スロットルバルブ２２の下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。また、内燃機関１０が備えるシリンダヘッドには、燃焼室１４の頂部から燃焼室１４内に突出するように点火プラグ２８が取り付けられている。吸気ポート１６ａおよび排気ポートには、それぞれ、燃焼室１４と吸気通路１６、或いは燃焼室１４と排気通路１８を導通状態または遮断状態とするための吸気弁３０および排気弁３２が設けられている。

吸気弁３０および排気弁３２は、それぞれ吸気可変動弁機構３４および排気可変動弁機構３６により駆動される。これらの可変動弁機構３４、３６の詳細な構成については、図２乃至図４を参照して後述するものとする。また、排気通路１８には、その位置で排気空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３８が配置されている。

図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種のセンサとともに、エンジン回転数を検出するクランク角センサ４２、アクセル開度ＰＡを検出するためのアクセル開度センサ４４、エンジン冷却水温度を検出するための冷却水温度センサ４６、および、外気温度を検出するための外気温度センサ４８が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、上述した各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

また、本実施形態のシステムは、例えばガソリンやエタノールのような複数の燃料の供給を受け、何れの燃料によっても内燃機関１０の運転が可能なシステム（いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる車両に搭載されるシステム）であるものとする。このようなシステムでは、最終的に内燃機関１０に供給されることになる燃料は、車両のユーザが選択する燃料の種類や、ユーザの所望のタイミングで実行されることになる給油の際の給油量、その際に燃料タンク内に残存する燃料の量やその種類に応じて異なるものとなる。

［本実施形態の可変動弁機構の構成］
図２は、図１に示すシステムが備える吸気可変動弁機構３４の構成を示す図である。以下、この図を参照して、吸気可変動弁機構３４について更に説明する。尚、排気可変動弁機構３６は、吸気可変動弁機構３４とほぼ同様の構成であるので、その詳細な図示および説明を省略する。

図２に示すように、内燃機関１０は、１気筒当たり２つの吸気弁３０を備えている。そして、内燃機関１０は、前述したように４つの気筒（＃１〜＃４）を備えており、＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われる。吸気可変動弁機構３４は、２つの装置、すなわち吸気可変動弁機構３４Ａと吸気可変動弁機構３４Ｂとで構成されている。吸気可変動弁機構３４Ａは＃２気筒および＃３気筒が備える吸気弁３０を駆動し、吸気可変動弁機構３４Ｂは＃１気筒および＃４気筒が備える吸気弁３０を駆動する。

吸気可変動弁機構３４Ａは、駆動源としての電動機（以下、モータと称する）５０Ａと、モータ５０Ａの回転運動を伝達する伝達機構としてのギヤ列５２Ａと、ギヤ列から伝達された回転運動を吸気弁３０の直線的な開閉運動に変換するカムシャフト５４Ａとを備えている。同様に、吸気可変動弁機構３４Ｂは、モータ５０Ｂ、ギヤ列５２Ｂ、およびカムシャフト５４Ｂを備えている。

モータ５０Ａ，５０Ｂは、回転速度および回転量の制御が可能なサーボモータである。このモータ５０Ａ，５０Ｂとしては、例えばＤＣブラシレスモータ等が好ましく用いられる。モータ５０Ａ，５０Ｂには、その回転位置（回転角度）を検出するためのレゾルバ、ロータリーエンコーダ等の回転角検出センサが内蔵されている。モータ５０Ａ，５０Ｂの回転速度および回転量は、ＥＣＵ４０により制御される。

カムシャフト５４Ａ、５４Ｂの外周部には、カムシャフト５４Ａ、５４Ｂに対して一体回転するカム駆動ギヤ５６と、やはりカムシャフト５４Ａ、５４Ｂに対して一体回転するカム５８とがそれぞれ設けられている。

ギヤ列５２Ａは、モータ５０Ａの出力軸６０に取り付けられたモータギヤ６２Ａの回転を中間ギヤ６４Ａを介してカムシャフト５４Ａが互いに等しい速度で回転するように構成されても良いし、モータギヤ６２Ａに対してカム駆動ギヤ５６を増速又は減速させるように構成されても良い。同様にして、ギヤ列５２Ｂは、モータ５０Ｂの出力軸に取り付けられたモータギヤ６２Ｂの回転を中間ギヤ６４Ｂ（図２において図示せず）を介してカムシャフト５４Ｂのカム駆動ギヤ５６に伝達する。

図２に示すように、カムシャフト５４Ａは＃２，＃３気筒の吸気弁３０の上部に配置されており、カムシャフト５４Ａに設けられたカム５８により＃２，＃３気筒の吸気弁３０が開閉駆動される。また、カムシャフト５４Ｂは２つに分割された状態で＃１，＃４気筒の吸気弁３０の上部に配置されており、カムシャフト５４Ｂに設けられたカム５８により＃１，＃４気筒の吸気弁３０が開閉駆動される。２つに分割されたカムシャフト５４Ｂは、中空のカムシャフト５４Ａ内に挿通された連結部材を介して連結され、一体的に回転するように構成されている。

図３は、カム５８によって吸気弁３０が駆動される様子を示す模式図である。カム５８はカムシャフト５４Ａ，５４Ｂと同軸の円弧状のベース円５８ｂの一部を半径方向外側に向かって膨らませてノーズ５８ａを形成した板カムの一種として形成されている。カム５８のプロファイルはその全周に亘って負の曲率が生じないように、つまり半径方向外側に向かって凸曲面を描くように設定されている。

図２に示すように、吸気弁３０はそれぞれ弁軸３０ａを備えている。各カム５８は吸気弁３０の弁軸３０ａの一端に設けられたバルブリフタ６６と対向する。各吸気弁３０はバルブスプリング（図示せず）の圧縮反力によってカム５８側に付勢されている。カム５８のベース円５８ｂとバルブリフタ６６が対向しているときには、そのバルブスプリングの付勢力により、吸気ポートのバルブシート（図示せず）に吸気弁３０が密着して吸気ポートが閉じられる。

モータ５０Ａ、５０Ｂの回転運動がギヤ列５２Ａ，５２Ｂを介してカムシャフト５４Ａ，５４Ｂに伝達されると、カムシャフト５４Ａ，５４Ｂと一体にカム５８が回転し、ノーズ５８ａがバルブリフタ６６を乗り越える間にバルブリフタ６６が押し下げられ、吸気弁３０がバルブスプリングの付勢力に抗してリフト（開弁）する。

また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、カム５８の２つの駆動モードを示している。カム５８の駆動モードには、モータ５０Ａ、５０Ｂを一方向に連続回転させて図３（Ａ）に示すようにカム５８を最大リフト位置、すなわちカム５８のノーズ５８ａが相手側の部品（この場合はバルブリフタ６６）と接する位置を越えて正転方向（図３（Ａ）中の矢印方向）に連続的に回転させる正転駆動モードと、正転駆動モードにおける最大リフト位置に達する前にモータ５０Ａ、５０Ｂの回転方向を切り換えて図３（Ｂ）に示すようにカム５８を往復運動させる揺動駆動モードとがある。

正転駆動モードでは、カム５８の回転速度を制御することで吸気弁３０の作用角が制御される。また、揺動駆動モードでは、カム５８の回転速度とともに、カム５８が揺動する角度範囲を制御することで、吸気弁３０の作用角およびリフト量を制御することができる。このように、吸気可変動弁機構３４によれば、運転状態に応じた最適な作用角、リフト量（開弁特性）で吸気弁３０を駆動することが可能となる。

また、可変動弁機構３４によれば、正転駆動モード時と揺動動作モード時の如何を問わず、吸気弁３０のリフト動作中にカム５８の回転速度を変化させることによって、リフト動作中の吸気弁３０のリフト速度を調整することが可能となる。

図４は、カムシャフト５４Ａに設けられた２つのカム５８を詳細に示す模式図である。図４に示すように、カムシャフト５４Ａには、＃２気筒の吸気弁３０を駆動するためのカム５８と、＃３気筒の吸気弁３０を駆動するためのカム５８とが１８０°の角度位置だけ離間して設けられている。４気筒の内燃機関ではクランク角７２０°の間に＃１→＃３→＃４→＃２の順で爆発行程が行われるため、＃２気筒と＃３気筒の吸気行程はクランク角の３６０°毎に行われる。吸気可変動弁機構３４Ａは、クランク角３６０°毎に＃２気筒用のカム５８と＃３気筒用のカム５８が、交互に＃２気筒の吸気弁３０と＃３気筒の吸気弁３０を駆動するようにカムシャフト５４Ａを回転または揺動させる。同様に、カムシャフト５４Ｂには＃１気筒、＃４気筒の吸気弁３０を駆動するためのカム５８が設けられており、吸気可変動弁機構３４Ｂは、カムシャフト５４Ｂを回転または揺動させることで、＃１気筒の吸気弁３０と＃４気筒の吸気弁３０を駆動する。

［吸気弁遅開き制御］
次に、図５を参照して、吸気弁遅開き制御について説明する。
極低温度域での内燃機関１０の始動時には、噴射された燃料が霧化しにくくなり、また、噴射された燃料が吸気ポート１６ａの壁面や燃焼室１４の壁面に付着し易くなる。その結果、噴射された燃料のうちの燃焼に寄与しない燃料が増加することとなるので、通常時よりも大量の燃料を噴射する必要が生ずる。このような問題は、極低温度域での始動時に限らず、アルコール燃料等や重質成分の多いガソリン燃料等の蒸発しにくい燃料が使用された際についても同様である。

そこで、本実施形態のシステムでは、極低温度域での始動時や高アルコール濃度燃料の使用時等には、吸気弁３０の開き時期を吸気上死点よりも遅らせる制御、すなわち、「吸気弁遅開き制御」を実行するようにしている。

図５は、吸気行程および圧縮行程における筒内温度とバルブ通過流速を、通常時の吸気バルブタイミングと吸気弁遅開き制御時の吸気バルブタイミングとの間でそれぞれ比較した図である。尚、図５に示す一例では、対比のために参照する「通常時の吸気バルブタイミング」は、吸気上死点前約１０°ＣＡで開き、吸気下死点後約３０°ＣＡで閉じるようなバルブタイミングとされている。一方、「吸気弁遅開き制御時のバルブタイミング」としては、ここでは、開き時期が吸気上死点後約６０°ＣＡまで遅角化され、かつ、閉じ時期が吸気下死点近傍とされたバルブタイミングを例に挙げている。

図５（Ａ）より、吸気弁３０が開き始める吸気行程の初期には、吸気弁遅開き制御の実行時の方が、通常時に比して筒内温度の低下が抑制されているのが判る。これには以下のような理由が考えられる。すなわち、吸気弁遅開き制御が採用されている場合には、吸気弁３０が開くまでの負のバルブオーバーラップ期間中に筒内負圧が十分に高まることで、吸気弁３０を開いた瞬間の吸気ポート１６ａの内圧と筒内圧との差が大きくなる。また、吸気弁３０が遅開きされた場合には、開き時期付近でのピストン速度が高くなる。これら２つの要因によって、図５（Ｂ）に示すように、吸気弁３０の開弁時のバルブ通過流速が高くなる。その結果、吸気が吸気弁３０を通過する際の摩擦損失が増大し、吸気が加熱されることになる。これにより、上記のように筒内温度の低下が抑制されることになる。

また、吸気弁遅開き制御の実行時には、吸気弁３０が吸気下死点近傍で閉じられることにより、実圧縮比が向上する。このため、図５（Ａ）に示すように、圧縮行程においても、吸気弁遅開き制御の実行時の方が、通常時に比して筒内温度が高く維持されるようになる。また、吸気弁遅開き制御が実行され、吸気弁３０の開弁後の一定期間に渡って吸気のバルブ通過流速が高められると、燃料の微粒化が促進されるようになる。

以上説明した吸気弁遅開き制御によれば、筒内温度を高く維持して圧縮端温度を高められることによる燃焼の改善効果と、吸気のバルブ通過流速の向上による燃料の微粒化促進効果とによって、極低温度域での始動時や高アルコール濃度の燃料使用時等であっても、内燃機関１０の良好な始動性を確保することが可能となる。

図６は、吸気弁遅開き制御の課題について説明するための図である。図５（Ｂ）を参照して上述したように、吸気弁遅開き制御の実行時には、吸気弁３０の開弁時における吸気のバルブ通過流速がかなり大きくなる。その結果、吸気弁３０の傘部や吸気ポート１６ａの壁面等に溜まっていた燃料が吸気の流れに乗って勢いよく筒内に流入され易くなる。また、吸気弁３０の開弁初期段階では、吸気弁３０のリフト量が微小である。このため、燃料の進行方向は、図６に示すように、燃焼室１４の中心に位置する点火プラグ２８に向かう方向となる。その結果、燃料が点火プラグ２８に直接当たってしまい、そのような状態が長く続くと、点火プラグ２８に燃料かぶりが発生してしまう。また、吸気ポート１６ａに噴射されていた燃料が吸気とともに勢い良く排気弁３２の周辺にまで到達してしまい、排気弁３２やその周辺に液滴の状態で、いわゆる「シリンダウェット」として付着してしまう。

［実施の形態１における特徴的な吸気弁３０の制御］
図７は、本発明の実施の形態１における特徴的な吸気弁３０の制御を説明するためのリフトカーブである。図７中に示す２つのリフトカーブは、それぞれ、吸気弁３０の開き時期が吸気上死点（図７では３６０°ＣＡ）よりも遅角化されたタイミング（図７では約４１０°ＣＡ）とされ、また、吸気弁３０の閉じ時期が吸気下死点後約１０°ＣＡ（図７では約５５０°ＣＡ）とされている。すなわち、図７に示すリフトカーブＡ、Ｂは、ともに吸気弁遅開き制御の実行時のリフトカーブを示している。

より具体的には、図７中に太い曲線で表されたリフトカーブＡは、本実施形態で用いられるリフトカーブとの対比のために参照するリフトカーブであり、本実施形態のリフトカーブＢと同一作用角条件下において最大リフト位置を基準に前後対称とされたカーブを有する通常のリフトカーブである。一方、図７中に細い曲線で表されたリフトカーブＢが本実施形態で用いられるリフトカーブに対応している。

図７に示すように、本実施形態のリフトカーブＢは、前後対称とされた通常のリフトカーブＡよりも早く最大リフト位置に達するようなカーブとされている。より具体的には、本実施形態のリフトカーブＢは、前後対称とされた通常のリフトカーブＡと同一クランク角度で比較して、吸気弁３０の開き時期から所定のクランク角度（最大リフト位置近傍）までの区間におけるリフト量が高められている。言い換えれば、リフトカーブＢは、開き時期から最大リフト位置までの前半区間における吸気弁３０のリフト速度の絶対値が、最大リフト位置から閉じ時期までの後半区間における吸気弁３０のリフト速度の絶対値よりも大きくされている。

更に付け加えると、ピストン１２の速度は、吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において最も高くなる。そこで、本実施形態のリフトカーブＢでは、そのようにピストン１２の速度が最も高まることでバルブ通過流速が最も高くなり易くなる吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において、吸気弁３０のリフト量が最大リフト位置となるように設定されている。

図８は、図７に示すリフトカーブＢを採用した効果を説明するための図であり、吸気弁３０のバルブ通過流速とクランク角度との関係を表している。図７に示すリフトカーブＡ、Ｂは、ともに吸気弁遅開き制御が採用されているので、吸気弁３０の開弁時点において、吸気のバルブ通過流速が瞬間的に高くなる。この理由は、吸気弁遅開き制御が実行されると、既述したように、吸気弁３０の開弁時における吸気ポート１６ａの内圧と筒内圧との差が十分に大きくなるためである。

本実施形態のリフトカーブＢ（細線）が採用された場合には、最大リフト位置よりも前半側のリフト量が、前後対称のリフトカーブＡにおけるリフト量よりも高められていることによって、図８に示すように、吸気弁３０の開弁初期において、バルブ通過流速が最大流速を示す期間が短くなる。更には、図８中にハッチングを付して示す面積分だけ、バルブ通過流速を下げることができる。

このため、本実施形態のリフトカーブＢによれば、吸気弁遅開き制御による吸気弁３０の開弁初期段階における瞬間的なバルブ通過流速の向上効果を維持したまま、バルブ通過流速が過大な値を示す期間を短くすることができる。これにより、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグ２８や排気弁３２周辺に向かう吸気の流れを少なくすることができる。このため、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグ２８のかぶりを良好に防止することが可能となり、また、シリンダウェット量を良好に低減することが可能となる。

また、本実施形態のリフトカーブＢでは、吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において、吸気弁３０のリフト量が最大リフト位置となるようにリフトカーブを設定するという配慮もなされている。このため、ピストン１２の速度が最も高まることでバルブ通過流速が最も高くなり易くなる吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において、吸気弁３０のリフト量を効果的に高めておくことができ、これにより、バルブ通過流速が過大な値を示す期間を効果的に短縮することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０の始動とともに起動されるルーチンであるものとする。

図９に示すルーチンでは、先ず、エンジン回転数Ｎｅやエンジン冷却水温度が取得される（ステップ１００）。次いで、取得されたエンジン回転数Ｎｅやエンジン冷却水温度等の情報に基づいて、内燃機関１０の冷間始動時であるか否かが判別される（ステップ１０２）。

その結果、内燃機関１０の冷間始動時でないと判定された場合には、吸気弁３０のリフトカーズとして、最大リフト位置を基準に前後対称となるリフトカーブが選択される（ステップ１０４）。より具体的には、本ステップ１０４では、そのような前後対称のリフトカーブが選択された状態で、必要な吸入空気量Ｇａが得られるようなリフトカーブに設定される。

一方、上記ステップ１０２において、内燃機関１０の冷間始動時であると判定された場合、つまり、極低温度域での始動であるので燃料の微粒化を促進すべく、吸気弁３０の遅開き制御によって吸気流速の向上や筒内温度の低下抑制を図る必要があると判断できる場合には、吸気弁３０のリフトカーブとして、最大リフト位置を基準に前半側の区間でのリフト速度が後半側の区間でのリフト速度よりも高められたリフトカーブが選択される（ステップ１０６）。より具体的には、本ステップ１０６では、そのような前半側と後半側でリフト速度を異ならせたリフトカーブが選択された状態で、必要な吸入空気量Ｇａが得られるようなリフトカーブに設定される。

次に、上記ステップ１０４或いは１０６によって選択されたリフトカーブが得られるように、吸気可変動弁機構３４を用いて吸気弁３０が駆動される（ステップ１０８）。付け加えると、上記ステップ１０６のケースにおいては、吸気弁３０のリフト動作中のカム５８の回転速度を変化させることによって、最大リフト位置を基準に前半側と後半側とで吸気弁３０のリフト速度が調整される。

以上説明した図９に示すルーチンによれば、内燃機関１０の冷間始動時には、吸気弁３０の開き時期から所定のクランク角度（最大リフト位置近傍）までの区間におけるリフト量が高められたリフトカーブを選択して、吸気弁３０の遅開き制御が実行されることになる。このため、吸気弁３０の開弁初期段階における瞬間的なバルブ通過流速の向上効果を維持したままとすることで、燃料の微粒化促進効果を良好に維持したまま、点火プラグ２８のかぶりを良好に防止することが可能となり、また、シリンダウェット量を良好に低減することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１における図９に示すルーチンでは、内燃機関１０の冷間始動時において吸気弁３０の遅開き制御を行う場合に、最大リフト位置を基準に前半側のリフト速度が後半側のリフト速度よりも高められたリフトカーブＢを選択するようにしている。しかしながら、そのようなリフトカーブＢを選択しつつ吸気弁３０の遅開き制御を実行する運転条件は、内燃機関１０の冷間始動時に限定されるものではない。すなわち、例えば、燃料の性状に基づいて、上記吸気弁遅開き制御の実行の有無を切り換えてもよい。具体的には、高アルコール濃度燃料が使用されていると判断された場合や、蒸発特性の良くない重質燃料が使用されていると判断された場合に、上記リフトカーブＢを選択した吸気弁遅開き制御を実行するようにしてもよい。また、内燃機関１０の環境温度に基づくものであれば、エンジン冷却水温度に基づくものに限らず、例えば、外気温度に基づいて、上記リフトカーブＢを選択した吸気弁遅開き制御の実行の有無を切り換えてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０２、１０６、および１０８の処理を実行することにより前記第１および第３の発明における「吸気弁遅開き制御手段」がそれぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図１０乃至図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１乃至図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図９に示すルーチンに代えて後述する図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ものである。

図１０は、本発明の実施の形態２における特徴的な制御を説明するための図である。本実施形態のシステムは、吸気弁遅開き制御の実行時に、同一作用角条件下において最大リフト位置を基準に前後対称とされた通常のリフトカーブと比較して、吸気弁３０の開き時期から所定のクランク角度（最大リフト位置近傍）までの区間におけるリフト量を高める際に、内燃機関１０の環境温度、或いは燃料の揮発性（重質か軽質かなどの燃料の成分やアルコール濃度など）に基づいて、当該所定区間におけるリフト量を可変とした点に特徴を有している。

内燃機関１０の環境温度（冷却水温度や外気温度など）が低くなるほど、燃料が揮発しにくくなる。また、エタノールなどのアルコール燃料が使用される場合には、アルコール濃度が高くなるほど、燃料が揮発しにくくなる。更には、燃料に含まれる重質成分が多くなるほど、燃料が揮発しにくくなる。そこで、本実施形態では、図１０に示すように、使用される燃料の揮発性がより悪くなる条件となるほど、或いは、内燃機関１０の環境温度がより低くなるほど、上記所定区間におけるリフト量がより高められるようにした。具体的には、最大リフト位置を基準に前半側のリフト速度をより高めていくことによって、上記所定区間におけるリフト量がより高められるようにした。

図１１は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。
図１１に示すルーチンでは、先ず、吸気弁遅開き制御の実行条件が成立しているか否かが判別される（ステップ２００）。より具体的には、吸気弁遅開き制御の実行条件は、内燃機関１０の極低温度域での始動時や、高アルコール濃度燃料の使用時のように、燃料の微粒化促進の要求が高い運転条件下にあるときに成立する。

上記ステップ２００において、吸気弁遅開き制御の実行条件が成立していると判定された場合には、エンジン冷却水温度とアルコール濃度情報が取得される（ステップ２０２）。より具体的には、エンジン冷却水温度は上記冷却水温度センサ４６を利用して取得できる。また、アルコール濃度情報は、例えば、空燃比のフィードバック補正量を利用した燃料性状判定手法によって取得可能である。

次に、取得されたエンジン冷却水温度やアルコール濃度情報に基づいて、吸気弁遅開き制御の実行時における最大リフト位置を基準とした前半側および後半側のそれぞれのリフト速度が決定される（ステップ２０４）。ＥＣＵ４０は、そのようなリフト速度を決定するために、図１２に示すような関係、すなわち、前半側（開き側（のぼり側））および後半側（閉じ側（下り側））のリフト速度のそれぞれとエンジン冷却水温度およびエタノール濃度との関係を定めたマップを記憶している。

図１２に示す関係では、開き側（前半側）のリフト速度は、エンジン冷却水温度が低くなるほど、また、エタノール濃度であれば当該濃度が高くなるほど、リフト速度が高くなるように設定されている。また、閉じ側（後半側）のリフト速度は、逆に、エンジン冷却水温度が低くなるほど、また、エタノール濃度であれば当該濃度が高くなるほど、リフト速度が低くなるように設定されている。また、図１２に示す関係では、開き側（前半側）のリフト速度の最大値は、リフト量の最大リフト位置が吸気上死点後９０°ＣＡ近傍となるようにする速度となるように設定されている。尚、ここでは、冷却水温度とエタノール濃度（アルコール濃度）を例に挙げているが、リフト速度を決定するためのパラメータはこれらのパラメータでなくても、上記に挙げたような外気温度や燃料の成分であってもよい。

次に、上記ステップ２０４において決定されたリフト速度が反映されたリフトカーブが得られるように、吸気可変動弁機構３４を用いて吸気弁３０が駆動される（ステップ２０６）。

以上説明した図１１に示すルーチンによれば、使用される燃料の揮発性がより悪くなる条件となるほど、或いは、内燃機関１０の環境温度がより低くなるほど、吸気弁３０の開き時期からの上記所定区間におけるリフト量がより高められるようになる。使用される燃料の揮発性が極めて悪い条件下や極低温度域での始動時には、前半側のリフト速度を十分に高めることで、懸念される点火プラグ２８のかぶりやシリンダウェット量の増加を十分に防止したいという要求がある。一方、燃料の揮発性が良くない程度が小の場合や、温度条件が比較的厳しくないといえるような始動時には、吸気弁遅開き制御の本来の効果を最大限に生かして、吸気流速の向上による燃料の微粒化促進効果を十分に得たいという要求がある。

上記ルーチンの制御によれば、燃料が揮発しにくいことで吸気弁３０の傘部などに燃料がより溜まり易くなる始動時等の状況下や、そのような燃料が比較的溜まらないような状況下であっても燃料が十分に蒸発せずに筒内に流入されるような状況下において、使用される燃料の揮発性や内燃機関１０の環境温度に基づいて、燃料の微粒化促進効果とシリンダウェット量の低減等の効果との良好なバランスを図ることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ４０が上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第２および第４の発明における「情報取得手段」がそれぞれ実現されている。

ところで、上述した実施の形態１および２においては、本発明をポート噴射式の内燃機関１０に適用した例を説明しているが、本発明の対象となる内燃機関は、ポート噴射式の内燃機関に限られるものではなく、例えば、筒内直接噴射式の内燃機関であってもよい。すなわち、燃料が筒内に直接噴射される形式の内燃機関においても、吸気弁遅開き制御によってバルブ通過流速が過大となった場合には、筒内に噴射された燃料が高流速の吸気の流れによってシリンダ壁面に流され、これにより、シリンダウェット量が増加する状況が想定される。本発明によれば、そのようなシリンダウェット量の増加を抑制することができる。

また、上述した実施の形態１および２においては、吸気弁３０を駆動するカム５８をカムシャフト５４回りにモータ５０によって電動駆動する方式の吸気可変動弁機構３４が用いられている。しかしながら、本発明に適用される可変動弁機構は、吸気弁の開き時期とリフト速度を変更可能とする機構であれば、上記のような機構に限定されるものではなく、例えば、電磁力で吸気バルブを開閉駆動する電磁駆動弁などであってもよい。また、リフト速度の変更は、カムの回転速度の変更や電磁力の調整によるものに限らず、例えば、複数の吸気用カムを備えるようにし、使用するカムの切替えによるものであってもよい。

本発明の実施の形態１の内燃機関の構成を説明するための図である。 図１に示すシステムが備える吸気可変動弁機構の構成を示す図である。 カムによって吸気弁が駆動される様子を示す模式図である。 カムシャフトに設けられた２つのカムを詳細に示す模式図である。 吸気行程および圧縮行程における筒内温度とバルブ通過流速を、通常時の吸気バルブタイミングと吸気弁遅開き制御時の吸気バルブタイミングとの間でそれぞれ比較した図である。 吸気弁遅開き制御の課題について説明するための図である。 本発明の実施の形態１における特徴的な吸気弁の制御を説明するためのリフトカーブである。 図７に示すリフトカーブＢを採用した効果を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における特徴的な制御を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 図１１に示すルーチンの実行中に参照されるリフト速度決定マップの関係を表した図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 吸気通路
１６ａ 吸気ポート
１８ 排気通路
２６ 燃料噴射弁
２８ 点火プラグ
３０ 吸気弁
３２ 排気弁
３４ 吸気可変動弁機構
４０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
４２ クランク角センサ
４４ アクセル開度センサ
４６ 冷却水温度センサ
４８ 外気温度センサ
５０Ａ、５０Ｂ モータ
５４Ａ、５４Ｂ カムシャフト
５８ カム

Claims (6)

1. 吸気弁の少なくとも開き時期およびリフト速度を変更可能とする可変動弁機構と、
   前記可変動弁機構を制御して、吸気弁の開き時期を吸気上死点よりも遅角させる吸気弁遅開き制御を実行する吸気弁遅開き制御手段とを備え、
   前記吸気弁遅開き制御手段は、同一作用角条件下において最大リフト位置を基準に前後対称となるリフトカーブと比較して、吸気弁の開き時期から所定のクランク角度までの区間におけるリフト量が高くなるように、吸気弁を制御することを特徴とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する情報を取得する情報取得手段を更に備え、
   前記吸気弁遅開き制御手段は、内燃機関の前記環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する前記情報に基づいて、吸気弁の開き時期から前記所定のクランク角度までの区間における前記リフト量を可変に制御することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。
3. 吸気弁の少なくとも開き時期およびリフト速度を変更可能とする可変動弁機構と、
   前記可変動弁機構を制御して、吸気弁の開き時期を吸気上死点よりも遅角させる吸気弁遅開き制御を実行する吸気弁遅開き制御手段とを備え、
   前記吸気弁遅開き制御手段は、最大リフト位置よりも前半側の区間のうちの少なくとも一部の区間でのリフト速度の絶対値が当該最大リフト位置よりも後半側の区間でのリフト速度の絶対値よりも大きくなるように、吸気弁を制御することを特徴とする可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する情報を取得する情報取得手段を更に備え、
   前記吸気弁遅開き制御手段は、内燃機関の前記環境温度情報およびまたは燃料の揮発性に関する前記情報に基づいて、最大リフト位置よりも前半側の区間のうちの少なくとも一部の前記区間での前記リフト速度を可変に制御することを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気弁遅開き制御手段は、吸気上死点後９０°ＣＡ近傍において最大リフト位置が到来するように吸気弁を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。
6. 前記可変動弁機構は、吸気弁を駆動するカムをカムシャフト回りに電動回転可能な機構であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の可変動弁機構を備える内燃機関の制御装置。

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