JP2010014110A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミング変更機構４の故障に伴うノッキングの発生を防止する。
【解決手段】過給機２８と、アクチュエータを駆動することにより吸気弁２の開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構４と、を有し、吸気弁閉時期を下死点よりも後に設定することによりミラーサイクルを実現する内燃機関１であって、バルブタイミング変更機構４が、前記アクチュエータを駆動する駆動手段である方向制御弁１０の故障時には吸気弁閉時期が最進角位置となるように構成され、過給領域にあり、吸気弁閉時期の検出値が吸気弁閉時期の目標値に対して進角側に所定値以上進角した場合、前記検出値が前記目標値と一致している場合に比べて点火時期をリタードする。これによってバルブタイミング変更機構４の故障時には、点火時期をリタードするので、ノッキングの発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気弁閉時期が下死点よりも後に設定されたいわゆる遅閉じミラーサイクルの内燃機関に関する。

例えば、特許文献１に開示されているように、吸気弁の開閉タイミングを進角あるいは遅角させることが可能なバルブタイミング変更機構が従来から広く知られている。

特開平８−３３８２９５号公報

このようなバルブタイミング変更機構において、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が下死点よりも後になり、かつ吸気弁の開閉タイミングのイニシャル位置が遅角側に位置する場合（例えば、吸気弁閉時期のイニシャル位置が最遅角位置となる場合）には、アクチュエータを駆動することで吸気弁の開閉タイミングをイニシャル位置から進角側に変更することになる。そのため、吸気弁の開閉タイミングを進角側へ動作させるアクチュエータの駆動手段が故障すると、吸気弁の開閉タイミングは遅角側へ戻ることになるため、吸入空気量は低下し、ミラーサイクルによる有効圧縮比低下によるノックキング改善効果も重なって、安全サイドに状態が変化することになる。

しかしながら、上述したバルブタイミング変更機構において、吸気弁閉時期が下死点よりも後になり、かつ吸気弁の開閉タイミングのイニシャル位置が進角側に位置する場合（例えば、吸気弁閉時期のイニシャル位置が最進角位置となる場合）には、アクチュエータを駆動することで吸気弁の開閉タイミングをイニシャル位置から遅角側に変更することになる。そのため、吸気弁の開閉タイミングを遅角側へ動作させるアクチュエータの駆動手段が故障すると、吸気弁の開閉タイミングは進角側へ戻ることになるため、等スロットル開度における空気量増加と有効圧縮比増加により、要求点火時期が設定点火時期に対して過進角となり、ノッキングが発生して内燃機関の停止や、場合によっては内燃機関に損傷を与えてしまう虞がある。

尚、このようなノッキングに対しては、バルブタイミング変更機構の故障診断では時間を要するため、対応することはできない。また、エアフローメータによる吸入空気量計測とスロットル弁を絞ることによる吸入空気量低減措置を行おうとしても、空気の応答遅れのため前記ノッキングに対しては対応することはできない。

また、前記アクチュエータを駆動する駆動手段の故障の際に、バルブタイミング変更機構の応答速度に伴う吸入空気応答性が、エアフローメータ近辺の応答性よりも早いため、エアフローメータで検知した吸入空気量を用いた点火時期補正では間に合わず、前記ノッキングに対しては対応することはできない。

そこで、本発明は、過給機と、アクチュエータを駆動することにより吸気弁の開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構と、を有し、吸気弁閉時期を下死点よりも後に設定することによりミラーサイクルを実現する内燃機関において、運転状態が過給領域にあり、吸気弁閉時期の検出値が吸気弁閉時期の目標値に対して進角側に所定値以上進角した場合には、前記検出値が前記目標値と一致している場合に比べて点火時期をリタードすることを特徴としている。

本発明によれば、故障等により、吸気弁閉時期の目標値よりも、初期位置である進角位置側に向かって戻るような場合には、点火時期をリタードするので、ノッキングの発生を防止することができる。

本発明に係る内燃機関のシステム構成図。 バルブタイミング変更機構の構成図。 本発明に係る内燃機関の吸気弁開閉時期を示した説明図。 本発明に係る内燃機関の点火時期リタード制御を模式的に示した説明図。 バルブタイミング変更機構の方向制御弁に断線が発生した時点からの爆発回数を横軸にとり、縦軸に吸気弁閉時期進角量、吸気弁閉時期の目標値に対する進角に伴う点火時期の要求リタード量をそれぞれ示した説明図。 本発明に係る内燃機関の点火時期リタード制御の適用領域を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の過給圧制限制御を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の点火時期リタード制御の制御の流れを示すフローチャート。 本発明に係る内燃機関の過給圧制限制御の制御の流れを示すフローチャート。

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、この発明に係る内燃機関１のシステム構成図であって、火花点火式ガソリン機関からなる内燃機関１は、吸気弁２の閉時期が下死点よりも後に設定されたいわゆる遅閉じミラーサイクルを実現するものである。

内燃機関１は、吸気弁２と排気弁３とを有し、その吸気弁２側の動弁機構として、後述するバルブタイミング変更機構４が設けられている。排気弁３側の動弁機構は、排気カムシャフト５により排気弁３を駆動する直動型のものであり、そのバルブリフト特性は常に一定である。

吸気弁２の上部にはバルブリフタ６が配置され、バルブリフタ６の上部には、クランクシャフト７に連動して軸周りに回転駆動する吸気カムシャフト８が気筒列方向に沿って配置されている。吸気カムシャフト８の外周には、各吸気弁２に対応して揺動カム９が外嵌されており、この揺動カム９がバルブリフタ６に当接して押圧することにより、吸気弁２がバルブスプリング（図示せず）のバネ力に抗して開閉駆動される。

バルブタイミング変更機構４は、吸気弁２のバルブリフトにおけるリフト中心角をアクチュエータを駆動することにより連続的に遅進するものであって、例えば本出願人が先に出願した特開２００１−３３６４４６号公報等における位相変更機構として公知になっているものである。その概要のみ説明すると、バルブタイミング変更機構４は、吸気カムシャフト８と、吸気カムシャフト８の外周側に設けられ、チェーンまたはタイミングベルトを介してクランクシャフト７から回転動力が伝達されるカムプーリ（図示せず）と、の間の回転動力伝達経路に設けられ、アクチュエータ（図示せず）を駆動することで吸気カムシャフト８、前記カムプーリの回転位相を変化させることにより、吸気弁２の作動角の大きさを変えることなく、その中心位相を所定の範囲で連続的に変化させるとともに任意の位相に保持するようになっている。

図２は、バルブタイミング変更機構４の構成を示す図である。

本実施形態におけるバルブタイミング変更機構４は、前記カムプーリの内周側に一体的に形成され、前記カムプーリと一体的に回転する外筒部４０と、吸気カムシャフト８に締結固定され、吸気カムシャフト８と一体的に回転する内筒部４１と、外筒部４０と内筒部４１との間に介装されるリング状のアクチュエータとしてのプランジャ４２と、プランジャ４２を一方向へ常時付勢するリターンスプリング４３と、を有する。そして、プランジャ４２の前後に画成される進角側油圧室４４及び遅角側油圧室４５への作動油圧の切り替えをプランジャ４２を駆動する駆動手段としての方向制御弁１０により行うことにより、プランジャ４２が内筒部４１及び外筒部４０の軸方向に移動し、この軸方向の運動が内筒部４１と外筒部４０との相対回転運動に変換され、内筒部４１と外筒部４０との相対回転位相が連続的に変化する。つまり、プランジャ４２の軸方向の運動が吸気カムシャフト８と前記カムプーリの相対回転運動に変換され、吸気カムシャフト８と前記カムプーリの相対回転位相が連続的に変化する。また、外筒部４０と内筒部４１とは、外筒部４０にばね等の弾性部材を介して設けられたロックキー４６によって嵌合固定されている。ロックキー４６は、遅角側油圧室４５に通ずる油通路と同一の油通路内に形成されており、ロックキー４６によって外筒部４０と内筒部４１とが嵌合状態にある際に、遅角側油圧室４５へ油圧がかかると、ロックキー４６が油圧によって外筒部４０側へ押圧され、外筒部４０と内筒部４１との嵌合が開放される。

尚、本実施形態におけるバルブタイミング変更機構４は、アクチュエータであるプランジャ４２を駆動する駆動手段が故障した際には、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が最進角位置となるよう構成されている。詳述すると、例えば、駆動手段が方向制御弁１０の場合には、断線により方向制御弁１０が制御できなくなった場合には、方向制御弁１０内でスプール（図示せず）が初期位置に移動するが、この初期位置においては進角側油圧室４４に作動油が供給されるように切り替えられる。

また、本実施形態においては、バルブタイミング変更機構４が油圧駆動方式であるが、電磁駆動方式のバルブタイミング変更機構を適用することも可能である。

図３は、このバルブタイミング変更機構４によって変更される吸気弁２の開閉時期を示す図であって、初期位置の吸気弁閉時期ＩＶＣ１に比べて、全開時（通常運転時）の吸気弁閉時期ＩＶＣ２の方が遅閉じとなっている。また、吸気弁２の開時期（ＩＶＯ１、ＩＶＯ２）は、閉時期の変更に伴い、閉時期と同じ位相だけ変化することになる。

内燃機関１のピストン１１により形成される燃焼室１２には、吸気弁２を介して吸気通路１３が接続され、排気弁３を介して排気通路１４が接続されている。

燃焼室１２の中央頂上部には点火プラグ１５が配置されている。また、燃焼室１２の吸気弁２側の側部には、該燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６が配置されている。この燃料噴射弁１６には、高圧燃料ポンプ１７及びプレッシャレギュレータ（図示せず）によって所定圧力に調整された燃料が、高圧燃料通路１８を介して供給されている。従って、各気筒の燃料噴射弁１６が制御パルスにより開弁することで、その開弁期間に応じた量の燃料が噴射される。尚、１９は燃圧を検出する燃圧センサである。

排気通路１４には、上流側から順に、触媒コンバータ２０、第２の触媒コンバータ２１、消音器２２が設けられている。

吸気通路１３には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３が配置されていると共に、エアフローメータ２３の下流側となる位置に電子制御スロットル弁２４が配置されている。エアフローメータ２３は吸気温センサを内蔵している。尚、２５は電子制御スロットル弁２４の下流側に位置する吸気コレクタ、２６はエアフローメータ２３の上流に位置するエアクリーナである。

電子制御スロットル弁２４は、電気モータからなるアクチュエータ２４ａを備え、コントロールユニット２７から与えられる制御信号によって、その開度が制御される。尚、電子制御スロットル弁２４は、電子制御スロットル弁２４の実際の開度を検出するセンサ２４ｂを一体に備えており、その検出信号に基づいて、スロットル弁開度が目標開度にクローズドループ制御される。

また、吸気通路１３には、電子制御スロットル弁２４とエアフローメータ２６との間に、過給機２８及びインタークーラ２９が配置されている。インタークーラ２９は、過給機２８の下流側に配置されている。

そして、吸気通路１３には、過給機２８及びインタークーラ２９をバイパスするバイパス通路３０が接続されている。このバイパス通路３０は、一端がインタークーラ２９の下流側で吸気通路１３に接続され、他端が過給機２８の上流側で吸気通路１３に接続されている。そして、このバイパス通路３０には、このバイパス通路３０を開閉するバイパス弁３１が配置されている。

バイパス弁３１は、電気モータからなるアクチュエータ（図示せず）を備え、コントロールユニット２７から与えられる制御信号によって、その開度が制御される。

また、内燃機関１には、機関冷却水温を検出する水温センサ３２、機関回転速度およびクランク角位置を検出するクランク角センサ３３、運転者により操作されるアクセルペダル開度（踏込量）を検出するアクセル開度センサ３４が設けられている。吸気通路１３には、過給圧センサ３５と圧力センサ３６が設けられている。過給圧センサ３４は、電子制御スロットル弁２４の上流側で、かつインタークーラ２９の下流側の位置に配置されている。圧力センサ３６は、過給機２８の上流側で、かつエアクリーナ２６の下流側の位置に配置されている。

内燃機関１の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、等はコントロールユニット２７によって制御される。このコントロールユニット２７には、上述した各種センサ類の検出信号が入力されている。コントロールユニット２７は、これらの入力信号により検出される機関運転条件に応じて電子制御スロットル弁２４の開度、燃料噴射弁１６の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１５の点火時期、バルブタイミング変更機構４によるバルブリフト特性（吸気弁開閉時期の変更）、過給機２８の運転、バイパス弁３１の開度等を制御する。また、このコントロールユニット２７には、吸気カムシャフト８の回転角度を検出するカム角センサ３７からの信号が入力されており、このカム角センサ３７からの信号に基づいて吸気弁２の実際の閉弁時期を検知している。

そして、このような内燃機関１において、運転状態が過給機２８を駆動する過給領域でバルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０が故障し、吸気弁２の開閉期間が目標値に対して進角側に所定値以上ずれた場合、すなわち吸気弁閉時期が目標値に対して進角側に所定値以上進角した場合に、点火時期リタード制御（詳細は後述）と過給圧制限制御（詳細は後述）とを平行して実施する。

図４は、バルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０に断線が発生した際の目標点火時期の変化を模式的に示した説明図である。

バルブタイミング変更機構４は、吸気弁開弁期間の初期位置が進角側となっているので、バルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０に断線が発生すると、吸気弁開弁期間が遅角している場合、断線と同時に、初期位置である最進角位置まで吸気弁閉時期が進角することになる。このとき、等アクセル開度にもかかわらず、吸気弁閉時期の進角に伴って空気量が増加するため、目標点火時期は遅角することになる。また、吸気弁閉時期を遅角することによるノッキング抑制効果が目減るため、等空気量に対して更に要求点火時期は遅角することになる。

吸気弁開弁期間の初期位置が進角側となっている本実施形態と同様のバルブタイミング変更機構を採用し、例えば過給機を備えていたり、目標圧縮比が高圧縮比に設定されるようなノック特性が非常に厳しい内燃機関においては、上述のようにバルブタイミング変更機構の故障と同時に吸気弁閉時期が最進角位置まで進角すると、ノッキングが発生し、このノッキングにより内燃機関が故障してしまう虞がある。

一般的に、ノッキングを防止するには、スロットリング（スロットル弁の開度制御）により空気量を絞るか、点火時期をリタードすることが有効となる。但し、上述のようにバルブタイミング変更機構の故障と同時に吸気弁閉時期が最進角位置まで進角するような場合、スロットリングで空気量を絞ったとしても、空気応答性がバルブタイミング変更機構の応答速度よりも遅いため、ノッキングの発生を防止することはできない。

そこで、本実施形態においては、吸気弁閉時期の目標値に対する実際の吸気弁閉時期の検出値の進角側へのズレ量である吸気弁閉時期進角量をモニタし、この吸気弁閉時期進角量が所定の閾値以上となった場合には、バルブタイミング変更機構４に故障が発生している可能性があると判定して、次に点火される気筒から点火時期をリタードすることで、バルブタイミング変更機構４の故障により吸気弁閉時期が最進角位置に向かって進角する際に生じる虞があるノッキングを防止する。

吸気弁閉時期の検出値は、実際は、バルブタイミング変更機構４に故障がなくとも目標値に対してある程度ばらつくため、この通常のばらつきが進角側へのばらつきだった際にも点火時期をリタードしてしまうと燃費悪化を招くことになる。そこで、吸気弁閉時期検出値の吸気弁閉時期目標値に対する進角側へのばらつきに対して上限値を設ける。すなわち、吸気弁閉時期の目標値に対する実際の吸気弁閉時期の検出値の進角側へのズレ量である吸気弁閉時期進角量が、所定の閾値（前記上限値）以上となった場合にバルブタイミング変更機構４に故障が発生している可能性があると判定しているのである。

そして、本実施形態においては、前記閾値を、過給実用領域で使用する最低回転数（例えば１２００ｒｐｍ）におけるノッキング発生に相当する進角量である５ｄｅｇと規定する。つまり、前記閾値をノック感度の最も厳しい位置とすることで、バルブタイミング変更機構４の故障時の保証を確保しつつ、ある程度のばらつきを許容することで、実用燃費を確保できるのである。

図５は、バルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０に断線が発生した時点からの爆発回数を横軸にとり、縦軸に吸気弁閉時期進角量、吸気弁閉時期の目標値に対する進角に伴う点火時期の要求リタード量をそれぞれ示したものである。これらの直線状の特性は、機関回転数によって異なるため、図３には、便宜上、機関回転数毎のパラメータとして、機関回転数が１２００ｒｐｍ、２０００ｒｐｍ、４０００ｒｐｍ、５６００ｒｐｍ、の場合について記載する。

図５より、機関回転数が低いほど、爆発回数毎による吸気弁閉時期進角量と、点火時期の要求リタード量が大きくなることが分かる。従って、過給領域での常用最低機関回転数（例えば１２００ｒｐｍ）におけるノッキング発生に相当する進角量を検知すれば、過給領域の全領域において対応可能ということがわかる。

また、吸気弁閉時期の目標値に対する検出値のズレ量のうち、進角側へのズレ量が対象となるため、点火時期リタード制御の適用領域は、図６に示すような領域となる。

そして、吸気弁閉時期の目標値に対する検出値のズレ量が進角側に５ｄｅｇ以上ずれた場合、すなわち吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となった場合に、バルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０に故障が発生している可能性があると判定して、点火時期リタード制御を実施する。

ここで、点火時期リタード制御を実施する際には、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となった気筒の次の気筒（第一気筒）から点火時期のリタードが実施され、この点火時期のリタードを最初に開始する気筒の要求リタード量は、直前に点火された気筒までの吸気弁閉時期進角量と、直前に点火された気筒から点火時期のリタードを開始する最初の気筒までの間の吸気弁閉時期進角量と、を考慮して決定されている。

詳述すると、図５に示すように、吸気弁閉時期の進角に伴う要求リタード量は、本来、バルブタイミング変更機構４が故障して吸気弁閉時期が最進角位置に向かって進角した最初の気筒から同じ割合で増加していくが、本実施形態では吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となるまでは、バルブタイミング変更機構４の故障により吸気弁閉時期が最進角位置に向かって進角しても点火時期のリタードは行わない。そこで、本実施形態では、点火時期のリタードを最初に開始する気筒（第一気筒）において、バルブタイミング変更機構４の故障により既に進角した分の要求リタード量を合算し、点火時期のリタードを最初に開始する気筒で要求リタード量の制御プロフィール（図５における破線）を、バルブタイミング変更機構４が故障した時点からの要求リタード量の特性線と一致させ、点火時期を速やかに所期の点火時期までリタードさせている。そして、点火時期をリタードした最初の気筒（第一気筒）の次の気筒（第二気筒）からは、図５に示すように、機関回転数に応じて決定される。

そのため、方向制御弁１０の故障により、吸気弁閉時期が初期位置に向かって所定値以上進角した場合には、点火時期を速やかに所期の点火時期までリタードさせることができる。

また、図５に示すように、機関回転数が高くなるほど要求リタード量は小さくなるよう設定されているので、過度なリタードによる急激な排気温度の上昇を抑制することができ、排気系の負荷の低減を図ることができる。

そして、吸気弁閉時期進角量が一旦５ｄｅｇ以上となった後に吸気弁閉時期進角量が減少するような場合、すなわち吸気弁閉時期が目標値に対して進角側に一旦所定値以上進角した後に吸気弁閉時期が遅角するような場合には、吸気弁閉時期の検出値のばらつきが一時的に大きかったものと判断し、吸気弁閉時期の検出値に応じて点火時期を補正する。つまり、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であれば、吸気弁閉時期の検出値に応じて点火時期をリタードするが、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ未満となれば点火時期リタード制御を終了する。これによって、吸気弁閉時期にバラツキが大きい場合であっても、実用燃費の過度の悪化を防止することができる。

一方、上述のように運転状態が過給機２８を駆動する過給領域でバルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０が断線し、吸気弁閉時期が進角側に所定値以上ずれた場合、ノッキング回避のために点火時期をリタードすると排気温度が上昇し、排気系の許容温度を超えしまう虞がある。

そこで、本実施形態においては、上述の点火時期リタード制御により点火時期をリタードさせる際には、点火時期のリタードを開始する最初の気筒（第一気筒）の次の気筒（第二気筒）から、吸気弁閉時期進角量に応じて設定された上限過給圧となるように、バイパス弁３１の開度を調整する過給圧制限制御を実施する。

図７を用いて説明すると、バルブタイミング変更機構４の方向制御弁１０に断線が発生し（点Ｐ）、吸気弁閉時期が進角すると、点火時期がリタードするため、そのままでは排気温度が排気系の許容排気温度を超えてしまう（点Ｑ）。そこで、リタードした点火時期において、排気温度が許容排気温度となるような上限過給圧まで過給圧を低下させる（点Ｒ）。

この上限過給圧は、吸気弁閉時期進角量に応じて設定されている点火時期リタードが実行された後でも、排気温度が許容排気温度以下となるような空気量となるよう設定されている。

具体的には、方向制御弁１０が断線した際の吸気弁閉時期に応じた上限過給圧が設定されたテーブル（図示せず）を予め設定しておき、このテーブルから上限過給圧を設定する。

このように、方向制御弁１０が断線等による故障により吸気弁閉時期が進角し、上述した点火時期リタード制御を実施した際に、過給圧制限制御を実施することにより、点火時期のリタードに伴う高温の排気の停滞時間を、吸気系空気応答遅れを含めて短時間にすることができるため、排気温度の上昇より排気系に損傷を与えてしまうことを防止することができる。

そして、方向制御弁１０が断線等による故障により吸気弁閉時期が進角し、上述した点火時期リタード制御を実施する際に、排気温度上昇分を点火時期適合マージンとする必要がないため、当システムにおける点火時期設定を進角できるため、燃費の悪化を防止することができる。

そして、過給圧制限制御を上述した点火時期リタード制御と同期させることで、
吸気弁閉時期進角量が前記所定の閾値以上となるまではこの過給圧制限制御は実施されないので、ある程度のばらつきでの過給圧制限を回避でき、実用での不意のトルク低下を防止することができる。

また、方向制御弁１０が断線等による故障により吸気弁閉時期が最終的にバルブタイミング変更機構４の最進角位置に至るケースを含め、ある一定以上の大きいばらつきのについても、吸気弁閉時期進角量に応じた点火時期設定における許容排気温度を過給圧制限により確保できるため、バルブタイミング変更機構４による排気系への熱害を、方向制御弁１０が断線等による故障以外でも保証可能となる。

図８は、上述した本実施形態における点火時期リタード制御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、アイドル運転状態あるいはフューエルカット中であるか否かを判定し、アイドル運転状態あるいはフューエルカット中であればＳ１２へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ１２では、運転状態が過給機２８を駆動する過給領域であるか否かを判定し、過給領域であればＳ１３へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ１３では、吸気弁閉時期の目標値に対する実際の吸気弁閉時期の検出値の進角側へのズレ量である吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であればＳ１４へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ１４では、バルブタイミング変更機構４に故障の可能性があると判断し、Ｓ１５へ進む。

Ｓ１５では、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となった気筒の次の気筒（第一気筒）の点火時期を、直前に点火された気筒（吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となった気筒）までの吸気弁閉時期進角量と、直前に点火された気筒から点火時期のリタードを開始する最初の気筒（第一気筒）までの間の吸気弁閉時期進角量と、を考慮して決定された要求リタード量分（Ａ分）だけリタードし、Ｓ１６へ進む。

Ｓ１６では、吸気弁２の閉時期が進角方向に戻り続けているか否かを判定し、戻り続けている場合には、依然バルブタイミング変更機構４に故障の可能性があると判断してＳ１７へ進み、そうでない場合にはＳ１９へ進む。

Ｓ１７では、点火時期をリタードした最初の気筒（第一気筒）の次の気筒（第二気筒）に対して、機関回転数に応じて決定される要求リタード量分だけ点火時期をリタードし、Ｓ１８へ進む。

Ｓ１８では、吸気弁２の閉時期が進角方向に戻り続けているか否かを判定し、戻り続けている場合には、依然バルブタイミング変更機構４に故障の可能性があると判断してＳ１７へ進み、そうでない場合にはＳ１９へ進む。

つまり、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上となってから吸気弁２の閉時期が進角方向に戻り続けている場合には、点火時期をリタードした最初の気筒（第一気筒）以降の気筒（第二気筒）以降の点火時期を機関回転数に応じて決定される要求リタード量分だけリタードする。

Ｓ１９では、吸気弁開弁期間が最進角位置であるか否か、すなわち吸気弁閉時期が最進角位置であるか否かを判定し、吸気弁開弁期間が最進角位置である場合にはＳ２０に進み、そうでない場合には吸気弁閉時期進角量が単に大きくばらついたもので、バルブタイミング変更機構４に故障の可能性がないものと判定し、Ｓ２１へ進む。

Ｓ２０では、点火時期を、吸気弁閉時期最進角位置（初期位置）に相当する点火時期リタード量分だけリタードするものとし、今回のルーチンを終了する。

Ｓ２１では、吸気弁閉時期の目標値に対する実際の吸気弁閉時期の検出値の進角側へのズレ量である吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であればＳ２２へ進み、そうでなければ点火時期をリタードする必要がなくなったものと判定して今回のルーチンを終了する。

Ｓ２２では、吸気弁２の閉時期の検出値に応じて点火時期を補正する。換言すれば、吸気弁閉時期が進角側に戻り続けなくなってからの最初の気筒の点火時期を、点火時期進角補正量に応じた点火時期リタード量分だけリタードし、Ｓ２３へ進む。

Ｓ２３では、吸気弁閉時期の目標値に対する実際の吸気弁閉時期の検出値の進角側へのズレ量である吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であればＳ２２へ戻り、そうでなければ点火時期をリタードする必要がなくなったものと判定して今回のルーチンを終了する。

つまり、吸気弁閉時期進角量のばらつきが５ｄｅｇ以上となった場合には、吸気弁閉時期が遅角側に戻り始めると、吸気弁閉時期進角量のばらつきが５ｄｅｇよりも小さくなるまでは、点火時期が点火時期進角補正量に応じた点火時期リタード量分だけリタードする。

図９は、上述した本実施形態における過給圧制限制御の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ３１では、点火時期リタード制御中であるか否かを判定し、点火時期リタード制御中であればＳ３２へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ３２では、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であるか否かを判定し、吸気弁閉時期進角量が５ｄｅｇ以上であれば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、吸気弁閉時期進角量に応じた上限過給圧Ｌを設定する。

Ｓ３４では、現在の過給圧がＳ３３で設定した上限過給圧Ｌより大きいか否かを判定し、現在の過給圧が上限過給圧Ｌより大きい大きい場合にはＳ３５へ進み、そうでなければ今回のルーチンを終了する。

Ｓ３５では、過給圧が上限過給圧Ｌ以下となるように、バイパス弁３１の開度を調整する。つまり、Ｓ３５では、過給圧が上限過給圧Ｌ以下となるように、バイパス弁３１の開度を大きくする。

尚、上述した本実施形態においては、要求リタード量が機関回転数に応じて決定されているが、機関回転数と負荷に応じて決定することも可能である。すなわち、機関回転数が高くなるほど小さく、かつ負荷が大きくなるほど小さくなるように要求リタード量を決定することも可能であり、この場合にも過度なリタードによる急激な排気温度の上昇を抑制することができ、排気系の負荷の低減を図ることができる。

また、上述した本実施形態においては、バイパス弁３１の開度を調整することで、排気温度が許容排気温度以下となるような空気量になるようしているが、電子制御スロットル弁２４及びバイパス弁３１の少なくとも一方の開度を調整することで、排気温度が許容排気温度以下となるような空気量になるようにしてもよい。

上述した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） 運転状態に応じて作動する過給機と、アクチュエータを駆動することにより吸気弁の開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構と、吸気弁の閉時期を検出する吸気弁閉時期検出手段と、を有し、吸気弁閉時期を下死点よりも後に設定することによりミラーサイクルを実現する内燃機関において、運転状態が前記過給機を駆動する過給領域にあり、かつ吸気弁閉時期の検出値が吸気弁閉時期の目標値に対して進角側に所定値以上進角した場合には、前記検出値が前記目標値と一致している場合に比べて点火時期をリタードする。これによって、吸気弁閉時期の目標値よりも、初期位置である進角位置側に向かって戻るような場合には、点火時期をリタードするので、ノッキングの発生を防止することができる。

（２） 前記（１）に記載の内燃機関において、前記バルブタイミング変更機構は、前記アクチュエータを駆動する駆動手段の故障時には吸気弁閉時期が最進角位置となるように構成されている。これによって、故障によりアクチュエータを駆動する駆動手段が停止し、吸気弁閉時期が初期位置である最進角位置に向かって戻るような場合に、ノッキングの発生を防止することができる。

（３） 前記（１）または（２）に記載の内燃機関において、前記所定値は、具体的には、機関回転数が前記過給領域で使用可能な最低回転数におけるノッキング発生に相当する進角量である。これによって、前記所定値がノック感度の最も厳しい位置に設定されるので、バルブタイミング変更機構４の故障時の保証を確保しつつ、ある程度のばらつきを許容することで、実用燃費を確保することができる。

（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関において、前記点火時期のリタードは、吸気弁閉時期が前記所定値以上進角した気筒の次の気筒から適用され、前記点火時期の要求リタード量は、機関回転数と、吸気弁閉時期の目標値に対する吸気弁閉時期の検出値の進角側への進角量である吸気弁閉時期進角量と、に応じて決定され、前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒の要求リタード量は、直前に点火された気筒までの前記吸気弁閉時期進角量と、直前に点火された気筒から前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒までの間の前記吸気弁閉時期進角量と、を考慮して決定されている。これによって、アクチュエータを駆動する駆動手段の故障により、吸気弁閉時期が初期位置に向かって所定値以上進角した場合には、点火時期を速やかに所期の点火時期までリタードさせることができる。

（５） 前記（４）に記載の内燃機関において、前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒の次気筒からの点火時期の要求リタード量は、具体的には、機関回転数と負荷に応じて決定されている。これによって、過度なリタードによる急激な排気温度の上昇を抑制することができ、排気系の負荷の低減を図ることができる。

（６） 前記（１）〜（５）のいずれかに記載の内燃機関において、前記点火時期の要求リタード量は、機関回転数が高くなるほど小さくなるよう設定されている。これによって、過度なリタードによる急激な排気温度の上昇を抑制することができ、排気系の負荷の低減を図ることができる。

（７） 前記（１）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関において、前記点火時期の要求リタード量は、負荷が大きくなるほど小さくなるよう設定されている。これによって、過度なリタードによる急激な排気温度の上昇を抑制することができ、排気系の負荷の低減を図ることができる。

（８） 前記（１）〜（７）のいずれかに記載の内燃機関において、前記点火時期のリタードを開始した後に、吸気弁閉時期が遅角側に戻り始めた場合には、吸気弁閉時期の検出値に応じて点火時期を補正する。これによって、吸気弁閉時期にバラツキが大きい場合であっても、実用燃費の過度の悪化を防止することができる。

（９） 前記（１）〜（８）のいずれかに記載の内燃機関において、前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒から吸気弁閉時期の検出値に応じて上限過給圧が設定され、前記過給機による過給圧が、前記上限過給圧以下となるよう制御される。これによって、点火時期のリタードに伴い高温となった排気の滞留時間を、吸気系の応答遅れを含めて短時間にすることができ、高温の排気による排気系への熱影響を抑制することができる。

１…内燃機関
４…バルブタイミング変更機構
１０…方向制御弁
２４…スロットル弁
２７…コントロールユニット
２８…過給機
２９…インタークーラ
３０…バイパス通路
３１…バイパス弁

Claims (9)

1. 運転状態に応じて作動する過給機と、
   アクチュエータを駆動することにより吸気弁の開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構と、
   吸気弁の閉時期を検出する吸気弁閉時期検出手段と、を有し、
   吸気弁閉時期を下死点よりも後に設定することによりミラーサイクルを実現する内燃機関において、
   運転状態が前記過給機を駆動する過給領域にあり、かつ吸気弁閉時期の検出値が吸気弁閉時期の目標値に対して進角側に所定値以上進角した場合には、前記検出値が前記目標値と一致している場合に比べて点火時期をリタードすることを特徴とする内燃機関。
2. 前記バルブタイミング変更機構が、前記アクチュエータを駆動する駆動手段の故障時には吸気弁閉時期が進角位置となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記所定値は、機関回転数が前記過給領域で使用可能な最低回転数におけるノッキング発生に相当する進角量であ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。
4. 前記点火時期のリタードは、吸気弁閉時期が前記所定値以上進角した気筒の次の気筒から適用され、
   前記点火時期の要求リタード量は、機関回転数と、吸気弁閉時期の目標値に対する吸気弁閉時期の検出値の進角側への進角量である吸気弁閉時期進角量と、に応じて決定され、
   前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒の要求リタード量は、直前に点火された気筒までの前記吸気弁閉時期進角量と、直前に点火された気筒から前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒までの間の前記吸気弁閉時期進角量と、を考慮して決定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒の次気筒からの点火時期の要求リタード量は、機関回転数と負荷に応じて決定されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記点火時期の要求リタード量は、機関回転数が高くなるほど小さくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 前記点火時期の要求リタード量は、負荷が大きくなるほど小さくなるよう設定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。
8. 前記点火時期のリタードを開始した後に、吸気弁閉時期が遅角側に戻り始めた場合には、吸気弁閉時期の検出値に応じて点火時期を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。
9. 前記点火時期のリタードを開始する最初の気筒から吸気弁閉時期の検出値に応じて上限過給圧が設定され、前記過給機による過給圧が、前記上限過給圧以下となるよう制御されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関。

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