JP2010084730A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気エミッション低減に有効なバルブタイミングを設定しながら排気ガスの吹き返しを有効に抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】回転数センサと、スロットルポジションセンサと、排気側可変バルブタイミング機構と、吸気側可変バルブタイミング機構と、少なくとも回転数センサおよびスロットルポジションセンサの検出情報に基づいてエンジンの運転状態を判定し、両可変バルブタイミング機構の作動を制御するＥＣＵとを備えた内燃機関の制御装置において、スロットルバルブが閉弁されるとき、タイミング制御手段が、排気側可変バルブタイミング機構によって排気バルブの開閉時期を制御範囲内の最進角位置に位置させるとともに、吸気側可変バルブタイミング機構によって吸気バルブの開閉時期を制御範囲内の最遅角位置に位置させる（ステップＳ１３）。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じて排気バルブおよび吸気バルブの開弁時期（開閉時期）を変化させることができる排気側および吸気側の可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。

近時、自動車等の車両に搭載される４サイクルの内燃機関においては、可変バルブタイミング機構により運転状態に応じてバルブタイミングを連続的に可変制御し、低燃費、高出力および低エミッションを共に成立させるようにする制御装置を搭載するものがある。

その可変バルブタイミング機構としては、例えばカムシャフトの一端部に複数のベーンを有するベーンロータを装着する一方で、クランクシャフトにより駆動されるタイミングギヤやスプロケットを装着したハウジングにそのベーンロータを回転可能に収納することで、ベーンを挟んで回転方向に対向する進角用の油室（以下、進角室という）と遅角用の油室（以下、遅角室という）を形成する位相切り替え式のものが知られている。また、カム自体を切り替えるカム切り替え式のものも知られている。

可変バルブタイミング機構を用いる従来の内燃機関の制御装置として、例えばＶ型エンジンの一方のバンクでスロットルバルブを閉じポンピングロスを大きくして減速時の減速感を確保する一方で、他方のバンクではスロットルバルブを全開とした状態で吸気バルブを小作用角にしつつ吸気バルブを早開きして減速後再加速時の応答性を確保するものがある。この制御装置では、減速燃料カット時には、前記他方のバンクで吸気バルブを遅開きしてポンピングロスを増加させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジン始動時に、吸気バルブの開時期を上死点以降に遅らせることで筒内を負圧にしてから吸気バルブを開いて、吸気流速アップによる霧化性能向上を図ったものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、スロットルＯＦＦ時の排気バルブの閉時期と吸気バルブの開時期がわずかなオーバーラップで共に上死点近傍に設定される従来のエンジンに対して、冷間時の排気エミッションの低減に関する高度な要求に応えるべく、排気バルブの閉時期を大きく進角させるとともに、排気ガスの吹き返しによる振動音を抑えるべく、特定の運転状態では排気バルブの閉時期を進角位置から上死点側に遅角させるようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００７−２７８２０８号公報 特開２０００−１３０１９５号公報 特開２００８−７５５５７号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の制御装置にあっては、排気バルブの閉時期をより早めると排気ガスが吸気開始時に吹き返し易くなる構成であったため、排気エミッションの低減に対する高度な要求に応え得るバルブタイミングを設定しながら排気ガスの吹き返しを有効に抑制することが困難であった。

そのため、例えば、排気エミッションの低減に対する高度な要求（例えば、米国加州ＺＥＶ規制で規定される排出ガスカテゴリ）に応えるべく、従来のエンジンに対してネガティブオーバーラップ量を大きく設定するといった場合に、減速時や空吹かし直後のアクセルＯＦＦ時（アクセルペダルの解放による復帰時）に排気バルブの閉時期を最進角位置から上死点側に遅角させることで排気ガスの吹き返しによる振動音を抑えることと排気エミッションの低減を図ることとを両立させることが困難になっていた。

あるいは、アクセルＯＦＦ時に排気バルブの閉時期と吸気バルブの開時期が共に上死点近傍となる従来型のものでは、排気エミッションの低減に対する高度な要求に応えることが困難であった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、排気バルブの早閉じによる排気エミッション低減に有効なバルブタイミングを設定しながらも排気ガスの吹き返しを有効に抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とし、さらに、排気ガスの吹き返しによる振動音を有効に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関のクランクシャフトの回転を検出する回転検出手段と、前記内燃機関のスロットルバルブの開閉を検出するスロットル開閉検出手段と、前記クランクシャフトの回転に対する前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を変化させることができる排気側可変バルブタイミング機構と、前記クランクシャフトの回転に対する前記内燃機関の吸気バルブの開閉時期を変化させることができる吸気側可変バルブタイミング機構と、少なくとも前記回転検出手段および前記スロットル開閉検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記排気側可変バルブタイミング機構および前記吸気側可変バルブタイミング機構の作動を制御するタイミング制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記スロットルバルブが閉弁されるとき、前記タイミング制御手段が、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気バルブの開閉時期を制御範囲内の最進角位置に位置させるとともに、前記吸気側可変バルブタイミング機構によって前記吸気バルブの開閉時期を制御範囲内の最遅角位置に位置させることを特徴とする。

この構成により、タイミング制御手段により内燃機関の運転状態に応じて排気側可変バルブタイミング機構および吸気側可変バルブタイミング機構の作動が制御され、排気バルブおよび吸気バルブの開閉時期が運転状態に応じて可変制御され、低燃費、高出力および低エミッションを共に成立させる制御がなされる一方で、スロットルバルブが閉じられるときには、排気バルブの開閉時期が制御範囲内の最進角位置に、吸気バルブの開閉時期が制御範囲内の最遅角位置に、それぞれ制御されることになる。このとき、気筒内に排気ガスが残留した状態で排気バルブが早期に閉じることで、排気エミッションが低減され、一方、吸気バルブの開き始める時期が最遅角位置まで遅くなるので、その吸気バルブの開時期には排気ガスが吹き返すほどに圧縮された状態では無くなって、吸気通路側への急激な吹き返しが無くなり、例えば排気ガスの吹き返しによる振動音を有効に抑制することができる。また、残留ガスは吸気後に再度燃焼され、低燃費と低エミッションの両立が可能になるとともに、減速中であるから吸気バルブの開時期を遅角側にシフトさせても内燃機関の出力にほとんど影響がない。

なお、ここにいうスロットルバルブが閉じられるときとは、アクセルＯＦＦ（アクセル開度ゼロ）の減速要求時で、内燃機関が減速している状態、例えばアクセルＯＦＦで車両が降坂しながら走行している状態、あるいは、アクセル開度の急増直後に同開度がゼロ近くにまで急減したいわゆる空吹かし状態（レーシング状態）である。

上記（１）に記載の内燃機関の制御装置においては、（２）前記排気バルブが開弁状態から閉弁状態に変化する排気バルブ閉時期の前記最進角位置が、上死点位置から予め設定された角度だけ進角側に位置し、前記吸気バルブが閉弁状態から開弁状態に変化する吸気バルブの開時期の前記最遅角位置が、前記上死点位置から前記予め設定された角度だけ遅角側に位置するのが好ましい。

この構成により、スロットルバルブが閉じられるときには、気筒内に排気ガスが残留した状態で排気バルブが早期に閉じることで、残留ガスが一旦圧縮されることになるが、吸気バルブの開時期には排気ガスが圧縮された状態では無くなっており、吸気通路側への吹き返しを確実に防止できることになる。なお、上死点位置から排気バルブ閉時期の最進角位置までの角度と上死点位置から吸気バルブ開時期の最遅角位置までの角度とが同一角度であるのが好ましいが、吸気バルブの開き始めに残留ガスが吹き返すほどに圧縮された状態で無くなる程度に両角度が近い角度値に設定されていればよい。

上記（１）、（２）に記載の内燃機関の制御装置においては、（３）前記タイミング制御手段は、前記スロットルバルブが開いているときには、前記吸気側可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置から進角側に変化させ、前記スロットルバルブが閉じているときには、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させるものであるのが好ましい。

この場合、吸気バルブの開閉時期を最遅角位置にするときには、吸気側可変バルブタイミング機構を最遅角位置に復帰させるだけでよく、タイミング制御手段の制御を簡略化できる。

上記（１）、（２）に記載の内燃機関の制御装置においては、（４）前記タイミング制御手段は、前記スロットルバルブが開いているときには、前記排気側可変バルブタイミング機構により前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置から遅角側に制御するとともに、前記吸気側可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置から進角側に変化させ、前記スロットルバルブが閉じているときには、前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置に復帰させるとともに、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させるものであっても好ましい。

この場合、排気側可変バルブタイミング機構を最進角位置にするときには、排気側可変バルブタイミング機構を最進角位置に復帰させるだけでよいし、吸気バルブの開閉時期を最遅角位置にするときには、吸気側可変バルブタイミング機構を最遅角位置に復帰させるだけでよく、スロットルバルブが閉じられるときには、両可変バルブタイミング機構を単に復帰させるだけで済み、バルブタイミングを特定の位置に保持するための制御が不要になるから、制御を簡略化できる。

上記（４）に記載の内燃機関の制御装置においては、（５）前記吸気側可変バルブタイミング機構が、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させる方向に付勢力を発生する吸気側の復帰アシストスプリングを有し、前記排気側可変バルブタイミング機構が、前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置に復帰させる方向に付勢力を発生する排気側の復帰アシストスプリングを有するのがより好ましい。

この構成により、例えば可変バルブタイミング機構を液圧により制御する液圧制御回路を簡素化できる。すなわち、その液圧制御回路側に復帰ばねに代わる液圧による復帰方向への付勢手段を設けるような必要が無く、液圧制御回路を簡素化できる。

上記（１）〜（５）に記載の内燃機関の制御装置においては、（６）前記吸気側可変バルブタイミング機構および前記排気側可変バルブタイミング機構が、それぞれ位相切り替え式の可変バルブタイミング機構で構成されているのが好ましい。

この構成により、吸気バルブおよび排気バルブの開閉時期を容易にシフトさせることができ、低燃費、高出力および低エミッションを共に成立させるとともに、振動音の抑制にも有効利用できる可変バルブタイミング機構を実現できる。

本発明によれば、スロットルバルブの閉止時に、排気バルブを早期に閉じ、気筒内の残留ガスを吸気後に再度燃焼させて排気エミッションを低減させる一方、吸気バルブの開き始める時期を最遅角位置までシフトさせることで、その吸気バルブの開時期における残留ガスの吸気通路側への急激な吹き返しを無くすことができ、排気エミッションの低減に有効なバルブタイミングを設定しながらも、排気ガスの吹き返しを有効に抑制して排気ガスの吹き返しによる振動音を有効に抑制することができ、エンジン出力への悪影響も無い内燃機関の制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略ブロック構成図であり、本発明を火花点火式の内燃機関、例えばガソリンエンジンに適用した例を示している。また、図２は、一実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部ブロック図である。

まず、構成について説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態のエンジン１は、複数の気筒２を有し、そのエンジンブロック１１の各気筒部分（図１中では１つの気筒部分のみ図示している）にピストン１２が収納され、燃焼室１３が画成されている。また、エンジン１のシリンダヘッド部分１１ｈには吸気バルブ１４と排気バルブ１５が開閉可能に配置された吸気通路１７および排気通路１８が形成されるとともに、燃焼室１３内に露出する点火プラグ１６ａを有する例えばダイレクトイグニッション方式の点火装置１６が配置されている。なお、吸気通路１７にはスロットルバルブ１７ｖとスロットルモータ２５が配置され、その近傍でサージタンク１９により拡張されている。

吸気バルブ１４は、吸気側のカムシャフト５（図２参照：詳細は図示していない）により、排気バルブ１５は、排気側のカムシャフト６（図２参照：詳細は図示していない）により、それぞれのカムシャフトのカムの作用角の範囲でそのカムのプロフィールに対応するリフト量だけ開弁駆動されるようになっている。また、吸気側のカムシャフト５は、例えば図示しないタイミングベルトおよびタイミングギヤによってクランクシャフト３の回転速度の１／２の速度で回転駆動され、排気側のカムシャフト６は、例えば図示しないチェーンおよびスプロケットを介して吸気側のカムシャフト５と同一の速度で回転駆動されるようになっている。

また、エンジン１にはその複数の気筒２に対応する複数の筒内噴射用の燃料噴射弁２０（インジェクタ）が設けられており、これら燃料噴射弁２０はデリバリパイプ２１を介して燃料ポンプ２３に接続されている。この燃料ポンプ２３は、燃料タンク２２内から燃料を汲み上げて吐出し、デリバリパイプ２１に供給するようになっている。なお、図１中においては、インジェクタ２０が気筒毎に設けられた直噴型のエンジン１として図示しているが、ポート噴射型であってもよいしそれらを併用するものでもよい。

点火装置１６および燃料噴射弁２０は、それぞれ対応する気筒２の燃焼室１３の近傍に配置されており、これら点火装置１６を駆動するイグナイタ２４および燃料噴射弁２０の作動は、エンジンを電子制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）４０からの点火指令信号および噴射指令信号によってそれぞれ制御されるようになっている。

一方、エンジン１の上部側には、クランクシャフト３の回転に対するエンジン１の吸気バルブ１４の開閉時期を変化させることができる吸気側可変バルブタイミング機構３１と、クランクシャフト３の回転に対するエンジン１の排気バルブ１５の開閉時期を変化させることができる排気側可変バルブタイミング機構３２と、が装着されている。

図２に示すように、吸気側可変バルブタイミング機構３１および排気側可変バルブタイミング機構３２は、バルブタイミングを進角側にシフトさせる液圧が供給されるそれぞれ複数の進角室３１ａ、３２ａと、バルブタイミングを遅角側にシフトさせる液圧が供給されるそれぞれ複数の遅角室３１ｂ、３２ｂとを有する、公知の位相切り替え式の可変バルブタイミング機構で構成されている。

吸気側可変バルブタイミング機構３１は、公知のインテーク（吸気）側のオイルコントロールバルブ３３（タイミング制御手段；図中ではＩＮ−ＯＣＶで示す）により、進角室３１ａおよび遅角室３１ｂのうち一方にオイルポンプ２６からのオイルを供給するとともに他方から排出させることで、クランクシャフト３により駆動されるタイミングギヤ付のハウジング３１ｔｇに対して、吸気側のカムシャフト５と一体のベーンロータ３１ｖｎの相対的な角度位置を変化させ、目標とするバルブタイミング（クランク角に対する目標開弁時期および目標閉弁時期）に対応させる制御が可能になっている。また、この吸気側可変バルブタイミング機構３１には、そのハウジングに取り付けられたカムシャフトタイミングプレート（図示していない）の突起や磁化部を検出して吸気側カムの角度位置信号θｉｎｃを出力するカムポジションセンサ３４が設けられている。

排気側可変バルブタイミング機構３２は、公知のエキゾースト（排気）側のオイルコントロールバルブ３５（タイミング制御手段；図中ではＥＸ−ＯＣＶで示す）により、進角室３２ａおよび遅角室３２ｂのうち一方にオイルポンプ２６からのオイルを供給するとともに他方から排出させることで、クランクシャフト３からの動力によりインテーク側のタイミングギヤ付のハウジング３１ｔｇと同期駆動される排気側のタイミングギヤ付のハウジング３２ｔｇに対して、排気側のカムシャフト６と一体のベーンロータ３２ｖｎの相対的な角度位置を変化させ、目標とするバルブタイミングに対応させる制御が可能になっている。また、排気側可変バルブタイミング機構３２には、そのハウジングに取り付けられたカムシャフトタイミングプレート（図示していない）の突起や磁化部を検出して排気側カムの角度位置信号θｅｘｃを出力するカムポジションセンサ３６が設けられている。

吸気側および排気側のオイルコントロールバルブ３３、３５の作動は、それぞれ対応するカムポジションセンサ３４、３６の検出情報および後述する他のセンサ情報に基づき、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４０によって制御されるようになっている。

ＥＣＵ４０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、不揮発性を有する書き換え可能なバックアップ用メモリに加えて、Ａ／Ｄ変換器等を含む図示しない入力インターフェース回路、各種ドライバ回路やリレー回路を有する出力インターフェース回路、および、バッテリーに接続された定電圧回路を含んで構成されている。

このＥＣＵ４０の入力インターフェース回路には、カムシャフト角度および気筒判別情報の検出が可能なカムポジションセンサ３４、３６と共に、エンジン１のクランクシャフト３の回転および回転数［ｒｐｍ］を検出する回転数センサ４１（回転検出手段）、エンジン１のスロットルバルブ１７ｖの開閉を検出するスロットルポジションセンサ４２（スロットル開閉検出手段）、吸入空気量を検出するエアフローメータ４３、エンジン１のウォータジャケットを通る冷却水の温度を検出する水温センサ４４、エンジン１を搭載した車両の車速を検出する車速センサ４５、図示しないアクセルペダルの操作位置を検出するアクセルポジションセンサ４６（スロットル開閉検出手段）、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ４７、吸気温度を検出する吸気温センサ４８等のセンサ群４９が接続されており、センサ群４９からのセンサ情報がＥＣＵ４０に取り込まれるようになっている。

ＥＣＵ４０は、少なくともスロットルポジションセンサ４２または／およびアクセルポジションセンサ４６の検出情報に基づいて、少なくともアクセルＯＮによりスロットルバルブ１７ｖが開く状態かアクセルＯＦＦによりスロットルバルブ１７ｖが閉じる減速要求状態かの運転状態の判定を行ない、さらに回転数センサ４１の検出情報等に基づいてエンジン１がアイドル状態か非アイドル状態かといった判定を実行することができる運転状態判定部５１（運転状態判定手段）と、運転状態判定部５１の判定結果に基づいて排気側可変バルブタイミング機構３２の作動を制御し、アクセルＯＮ時に排気バルブ１５の開閉時期を運転状態に応じて可変制御する一方、アクセルＯＦＦによりスロットルバルブ１７ｖが閉じるときに排気バルブ１５の開閉時期を上死点位置から予め設定された角度だけ進角側の最進角位置にシフトさせる排気タイミング制御部５２（排気側タイミング制御手段）と、運転状態判定部５１の判定結果に基づいて吸気側可変バルブタイミング機構３１の作動を制御し、アクセルＯＮ時に吸気バルブ１４の開閉時期を運転状態に応じて可変制御する一方、アクセルＯＦＦによりスロットルバルブ１７ｖが閉じるとき（スロットルバルブ１７ｖの全閉が要求されたとき）に、吸気バルブ１４の開閉時期を上死点位置から予め設定された角度だけ遅角側の最遅角位置にシフトさせる吸気タイミング制御部５３（吸気側タイミング制御手段）との各機能を備えており、それらの機能を達成するための制御プログラムがＥＣＵ４０のＲＯＭ内に予め記憶格納され、ＥＣＵ４０のＣＰＵにより実行されるようになっている。また、ＥＣＵ４０のＲＡＭ内に制御プログラムの実行に必要な作業メモリ領域が確保され、予め設定された設定値情報等がＥＣＵ４０のバックアップ用メモリまたはＲＯＭに格納されている。

排気タイミング制御部５２および吸気タイミング制御部５３は、少なくとも回転数センサ４１およびスロットルポジションセンサ４２の検出情報に基づいてエンジン１の運転状態を判定し、吸気側および排気側のオイルコントロールバルブ３３、３５と共に、排気側可変バルブタイミング機構３２および吸気側可変バルブタイミング機構３１の作動を制御するタイミング制御手段を構成している。

これら排気タイミング制御部５２および吸気タイミング制御部５３は、アクセルＯＦＦによりスロットルバルブ１７ｖが閉弁されるときに、排気側可変バルブタイミング機構３２によって排気バルブ１５の開閉時期をその制御範囲θｅｃ内の最進角位置（図３（ａ）参照）に位置させるとともに、吸気側可変バルブタイミング機構３１によって吸気バルブ１４の開閉時期をその制御範囲θｉｏ内の最遅角位置（図３（ａ）参照）に位置させる機能を有している。

具体的には、図３に示すように、排気バルブ１５が開弁状態から閉弁状態に変化する排気バルブ閉時期の最進角位置は、上死点位置から予め設定された角度、例えば図中のθｅｃの１／２の角度（（１／２）・θｅｃ）だけ進角側に位置するように設定されており、吸気バルブ１４が閉弁状態から開弁状態に変化する吸気バルブの開時期の最遅角位置は、上死点位置から予め設定された角度、例えば図中のθｉｏの１／２の角度（（１／２）・θｉｏ；（１／２）・θｅｃと同一かそれに近い角度）だけ遅角側に位置するように設定されている。可変制御範囲θｅｃ、θｉｏは、例えば４０°〜６０°の間に設定されている。

本実施形態においては、ピストン１２の上死点位置から排気バルブ１５の閉時期の最進角位置までの角度（（１／２）・θｅｃ）と、上死点位置から吸気バルブ１４の開時期の最遅角位置までの角度（（１／２）・θｉｏ）とが同一角度に設定されている。ただし、吸気バルブ１４の開き始めに残留ガスが吹き返すほどに圧縮された状態で無くなる程度に両角度が近い角度値に設定されていれば、同一角度でなくともよい。

また、排気タイミング制御部５２および吸気タイミング制御部５３は、スロットルバルブ１７ｖが開いているときには、排気側可変バルブタイミング機構３２により排気バルブ１５の開閉時期を最進角位置から遅角側に角度θｅｃの制御範囲内で可変制御するとともに、吸気側可変バルブタイミング機構３１により吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置から進角側に変化させ、スロットルバルブ１７ｖが閉じているときには、排気バルブ１５の開閉時期を最進角位置に復帰させるとともに、吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置に復帰させるようになっている。

ここにいうスロットルバルブが閉じられるときとは、アクセルＯＦＦ、すなわちアクセルポジションセンサ４６で検出されるアクセル開度がゼロとなり、スロットルバルブ１７ｖが閉じられることでエンジン１が減速しているとき、例えばアクセルＯＦＦで車両が降坂しながら走行している状態、あるいは、アクセル開度の急増後に同開度がゼロ近くにまで急減したいわゆる空吹かし状態（レーシング状態）である。

さらに、吸気側可変バルブタイミング機構３１は、タイミングギヤ付のハウジング３１ｔｇとベーンロータ３１ｖｎの間に介装されて吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置に復帰させる方向に助勢する力を発生する吸気側の復帰アシストスプリング３１ｒｓを有しており、排気側可変バルブタイミング機構３２は、タイミングギヤ付のハウジング３２ｔｇとベーンロータ３２ｖｎの間に介装されて排気バルブ１５の開閉時期を最進角位置に復帰させる方向に助勢する力を発生する排気側の復帰アシストスプリング３２ｒｓを有している。なお、図２中の復帰アシストスプリング３１ｒｓ、３２ｒｓは、模式的に示したものである。

本実施形態のエンジン１は、排気エミッションの低減に関する高度な要求に応えるべく、アクセルＯＦＦとなる減速要求時に、排気バルブ１５が開弁状態から閉弁状態に変化する閉弁駆動時期（単に排気バルブ１５の閉時期ともいう）を大きく進角させるもので、例えば排気バルブ１５の閉位置が、通常運転時の遅角制御中の閉位置（θｅｃの範囲内、例えばＡＴＤＣ数度程度）に対して２０°〜３０°だけ進角した閉位置（例えば、ＢＴＤＣ２０°）に設定されている。

ＥＣＵ４０は、通常の負荷およびエンジン出力に対応するバルブタイミングの制御のために、例えばエンジン１の回転数［ｒｐｍ］がアイドル回転数を超える或る回転数に達するまでは、バルブオーバーラップをプラス数度（バルブオーバーラップが数度の状態）程度からマイナス側（オーバーラップが無い状態）に徐々に減少させ、それ以上の回転数では、特定のマイナスのバルブオーバーラップ量（排気バルブ閉時期から吸気バルブ開時期まで時間が空いた状態）を保持するといった制御を実行できるように、ＲＯＭ内にバルブタイミングの基本制御用のマップを有している。

次に、その動作について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の制御装置では、エンジン１の運転中において、アクセルＯＮの状態（アクセル開度がゼロでない状態）では、タイミング制御手段であるＥＣＵ４０によりエンジン１の運転状態に応じて吸気側可変バルブタイミング機構３１および排気側可変バルブタイミング機構３２の作動が制御され、吸気バルブ１４および排気バルブ１５の開弁時期が運転状態に応じて最適な時期に可変制御されることで、低燃費、高出力および低エミッションを共に成立させる制御がなされる。

一方、アクセルＯＦＦの状態となり、スロットルバルブ１７ｖが閉じられるときには、以下にフローチャートを用いて説明するように、排気バルブ１５の閉弁駆動時期である閉時期がその制御範囲θｅｃ内の最進角位置に、吸気バルブ１４の開弁駆動時期である開時期がその制御範囲θｉｏ内の最遅角位置に、それぞれ制御される。

図４は、本実施形態の内燃機関の制御装置で実行されるバルブタイミング制御の概略の処理内容を示すフローチャートである。

同フローチャートに示すように、本実施形態の制御装置では、具体的には、エンジン１の運転中に繰返し次のような処理が実行される。

まず、回転数センサ４１からのエンジン回転数とアクセルポジションセンサ４６あるいはスロットルポジションセンサ４２からのセンサ情報とを含むセンサ群４９からセンサ情報、並びに、カムポジションセンサ３４、３６からの検出情報が、ＥＣＵ４０に取り込まれる（ステップＳ１１）。

次いで、アクセルＯＦＦか否か、すなわち特定の減速要求状態となっているか否かが、スロットルポジションセンサ４２または／およびアクセルポジションセンサ４６からのセンサ情報から判定される（ステップＳ１２）。

このとき、アクセルＯＦＦでなければ（ステップＳ１２でＮＯの場合）、エンジン１の運転状態に応じて吸気バルブ１４および排気バルブ１５の開弁時期が運転状態に応じて最適な時期に設定され、その設定値を目標値として、吸気側可変バルブタイミング機構３１および排気側可変バルブタイミング機構３２の作動が制御される（ステップＳ１４）。

一方、このとき、アクセルＯＦＦであれば（ステップＳ１２でＹＥＳの場合）、この特定の減速要求に対してスロットルバルブ１７ｖが閉じられるか、閉じた状態となっていることになる。

したがって、排気バルブ１５の閉弁駆動時期である閉時期がその制御範囲θｅｃ内の最進角位置に、吸気バルブ１４の開弁駆動時期である開時期がその制御範囲θｉｏ内の最遅角位置に、それぞれ制御される。この場合、気筒２内に排気ガスが残留した状態で排気バルブ１５が早期に閉じることになり、気筒２からの排出ガスが減少することで排気エミッションが低減される。

また、吸気バルブ１４の開き始める時期が最遅角位置まで遅くなるので、その吸気バルブ１４の開時期には気筒２の燃焼室１３内のガスは吸気側に吹き返すほどに圧縮された状態では無くなっており、吸気通路１７側への急激な吹き返しが確実に無くなり、急な減速時に生じていた排気ガスの吹き返しによる振動音を有効に抑制することができる。

また、排気バルブ１５の早閉じにより気筒２内に残留するガスは、吸気後に再度燃焼され、低燃費と低エミッションの両立が可能になる。しかも、アクセルＯＦＦの減速中であるから、吸気バルブ１４の開時期を最遅角位置まで遅角側にシフトさせてもエンジン１の出力にほとんど影響がない。

さらに、本実施形態では、排気バルブ１５が開弁状態から閉弁状態に変化する排気バルブ１５の閉時期の最進角位置が、上死点位置からの設定角度（１／２）・θｅｃだけ進角側に位置し、吸気バルブ１４が閉弁状態から開弁状態に変化する吸気バルブ１４の開時期の最遅角位置が、前記設定角度（（１／２）・θｅｃ）と同等な上死点位置からの設定角度（１／２）・θｉｏだけ遅角側に位置するので、スロットルバルブ１７ｖが閉じられるときには、気筒２内に排気ガスが残留した状態で排気バルブ１５が早期に閉じることで、残留ガスが一旦圧縮されることにはなるが、吸気バルブ１４の開時期には排気ガスが圧縮された状態では無くなり、吸気通路１７側への吹き返しを確実に防止できることになる。

また、タイミング制御手段であるＥＣＵ４０は、スロットルバルブ１７ｖが開いているときには、排気側可変バルブタイミング機構３２により排気バルブ１５の開閉時期を最進角位置から遅角側に制御するとともに、吸気側可変バルブタイミング機構３１により吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置から進角側に変化させ、スロットルバルブ１７ｖが閉じているときには、排気バルブ１５の開閉時期を最進角位置に復帰させるとともに、吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置に復帰させるので、排気側可変バルブタイミング機構３２を最進角位置にするときには、排気側可変バルブタイミング機構３２を非作動状態（非可変制御状態）として最進角位置に復帰させるだけでよいし、吸気バルブ１４の開閉時期を最遅角位置にするときには、吸気側可変バルブタイミング機構３１を非作動状態として最遅角位置に復帰させるだけでよい。また、スロットルバルブ１７ｖが閉じられるときには、両可変バルブタイミング機構３１、３２を単に共に非作動状態として復帰させるだけで済み、特定の位置に保持するための制御が不要になるから、ＥＣＵ４０における制御を簡略化できる。すなわち、排気ガスの吹き返しによる振動音が生じ易い運転領域で、吸気側可変バルブタイミング機構３１をその制御領域中の特定の位置に保持するといった制御が不要になる。

加えて、本実施形態では、吸気側可変バルブタイミング機構３１および排気側可変バルブタイミング機構３２が、共に復帰アシストスプリング３１ｒｓ、３２ｒｓを有しているので、可変バルブタイミング機構３１、３２の液圧（油圧）制御回路を簡素化できることになる。すなわち、可変バルブタイミング機構３１、３２のタイミングギヤ付のハウジング３１ｔｇ、３２ｔｇに対してベーンロータ３１ｖｎ、３２ｖｎを液圧によって復帰位置側に付勢するような復帰方向への付勢手段を設ける必要が無く、液圧制御回路を簡素化できる。

また、本実施形態においては、吸気側可変バルブタイミング機構３１および排気側可変バルブタイミング機構３２が、それぞれ位相切り替え式の可変バルブタイミング機構で構成されているので、吸気バルブ１４および排気バルブ１５の開閉時期を容易にシフトさせることができ、低燃費、高出力および低エミッションを共に成立させるとともに、振動音の抑制にも有効利用できる可変バルブタイミング機構を実現できる。

このように、本実施形態の内燃機関の制御装置においては、アクセルＯＦＦによりスロットルバルブ１７ｖが閉じるときに、排気バルブ１５を早期に閉じて排気エミッションを低減させる一方、吸気バルブ１４の開き始める時期を最遅角位置までシフトさせてその吸気バルブ１４の開時期における残留ガスの吸気通路側への吹き返しを無くすことができ、排気エミッションの低減に有効なバルブタイミングを設定しながらも、排気ガスの吹き返しを有効に抑制することができ、エンジン出力への悪影響も無い内燃機関の制御装置を提供することができる。

なお、上述の実施形態においては、スロットルポジションセンサ４２または／およびアクセルポジションセンサ４６からのセンサ情報によって、アクセルＯＦＦ時か否かが判定されるものとしたが、スロットル開度がそれまでの急加速状態に対してゼロに近いところまで急に減速されることで（例えば空吹かし時）、スロットルバルブ１７ｖが実質的に閉じたのと同様な状態に移行したときであってもよい。

また、可変バルブタイミング機構３１、３２は位相切り替え式のものとしたが、カム切り替え式のもので上述のような制御を実行することも考えられる。さらに、上述の実施形態においては、アクセルＯＦＦ時に可変バルブタイミング機構３１、３２を共に復帰位置に復帰させるものとしたが、本発明は、スロットルバルブ１７ｖが閉じるときに、復帰状態にない排気側可変バルブタイミング機構によって排気バルブ１５の開閉時期を制御範囲θｅｃ内の最進角位置に位置させるとともに、復帰状態にない吸気側可変バルブタイミング機構によって吸気バルブ１４の開閉時期を制御範囲θｉｏ内の最遅角位置に位置させるものとすることも考えられる。
さらに、吸気側可変バルブタイミング機構３１については、残留排気ガスの吹き返しによる振動音が生じ易い特定のエンジン回転数（例えば１４００ｒｐｍ以上の回転速度領域）でのみ最遅角位置に復帰させることも可能ではあるが、上述の実施形態のごとくアクセルＯＦＦ時に最遅角位置に復帰させる制御の方が容易である。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、スロットルバルブの閉止時に、排気バルブを早期に閉じ、気筒内の残留ガスを吸気後に再度燃焼させて排気エミッションを低減させる一方、吸気バルブの開き始める時期を最遅角位置までシフトさせることで、その吸気バルブの開時期における残留ガスの吸気通路側への急激な吹き返しを無くすことができ、排気エミッションの低減に有効なバルブタイミングを設定しながらも、排気ガスの吹き返しを有効に抑制して排気ガスの吹き返しによる振動音を有効に抑制することができ、エンジン出力への悪影響も無い内燃機関の制御装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の運転状態に応じて排気バルブおよび吸気バルブの開時期を変化させる排気側および吸気側の可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の制御装置全般に有用である。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の要部ブロック構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置におけるバルブタイミングの可変制御機能を説明する図で、（ａ）はその可変バルブタイミング機構による排気バルブ閉時期と吸気バルブ開時期との可変制御範囲を点線で示したバルブタイミングダイアグラム、（ｂ）はアクセルＯＦＦ時の排気バルブ早閉じおよび吸気バルブ遅開きの状態を示すバルブタイミングダイアグラムである。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置で実行されるバルブタイミング制御の概略の処理内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２ 気筒
３ クランクシャフト
５ 吸気側のカムシャフト
６ 排気側のカムシャフト
１４ 吸気バルブ
１５ 排気バルブ
１７ 吸気通路
１７ｖ スロットルバルブ
１８ 排気通路
３１ 吸気側可変バルブタイミング機構
３１ａ、３２ａ 進角室
３１ｂ、３２ｂ 遅角室
３１ｒｓ、３２ｒｓ 復帰アシストスプリング
３１ｔｇ、３２ｔｇ タイミングギヤ付のハウジング
３１ｖｎ、３２ｖｎ ベーンロータ
３２ 排気側可変バルブタイミング機構
３３、３５ オイルコントロールバルブ（タイミング制御手段）
３４、３６ カムポジションセンサ
４０ ＥＣＵ（電子制御ユニット、タイミング制御手段）
４１ 回転数センサ（回転検出手段）
４２ スロットルポジションセンサ（スロットル開閉検出手段）
４６ アクセルポジションセンサ（スロットル開閉検出手段）
５１ 運転状態判定部（運転状態判定手段）
５２ 排気タイミング制御部（排気側タイミング制御手段）
５３ 吸気タイミング制御部（吸気側タイミング制御手段）
θｅｃ、θｉｏ 制御範囲
θｅｘｃ、θｉｎｃ 角度位置信号

Claims (6)

1. 内燃機関のクランクシャフトの回転を検出する回転検出手段と、
   前記内燃機関のスロットルバルブの開閉を検出するスロットル開閉検出手段と、
   前記クランクシャフトの回転に対する前記内燃機関の排気バルブの開閉時期を変化させることができる排気側可変バルブタイミング機構と、
   前記クランクシャフトの回転に対する前記内燃機関の吸気バルブの開閉時期を変化させることができる吸気側可変バルブタイミング機構と、
   少なくとも前記回転検出手段および前記スロットル開閉検出手段の検出情報に基づいて前記内燃機関の運転状態を判定し、前記排気側可変バルブタイミング機構および前記吸気側可変バルブタイミング機構の作動を制御するタイミング制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   前記スロットルバルブが閉弁されるとき、前記タイミング制御手段が、前記排気側可変バルブタイミング機構によって前記排気バルブの開閉時期を制御範囲内の最進角位置に位置させるとともに、前記吸気側可変バルブタイミング機構によって前記吸気バルブの開閉時期を制御範囲内の最遅角位置に位置させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記排気バルブが開弁状態から閉弁状態に変化する排気バルブ閉時期の前記最進角位置が、上死点位置から予め設定された角度だけ進角側に位置し、前記吸気バルブが閉弁状態から開弁状態に変化する吸気バルブの開時期の前記最遅角位置が、前記上死点位置から前記予め設定された角度だけ遅角側に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記タイミング制御手段は、前記スロットルバルブが開いているときには、前記吸気側可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置から進角側に変化させ、前記スロットルバルブが閉じているときには、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記タイミング制御手段は、前記スロットルバルブが開いているときには、前記排気側可変バルブタイミング機構により前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置から遅角側に制御するとともに、前記吸気側可変バルブタイミング機構により前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置から進角側に変化させ、前記スロットルバルブが閉じているときには、前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置に復帰させるとともに、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記吸気側可変バルブタイミング機構が、前記吸気バルブの開閉時期を前記最遅角位置に復帰させる方向に付勢力を発生する吸気側の復帰アシストスプリングを有し、
   前記排気側可変バルブタイミング機構が、前記排気バルブの開閉時期を前記最進角位置に復帰させる方向に付勢力を発生する排気側の復帰アシストスプリングを有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記吸気側可変バルブタイミング機構および前記排気側可変バルブタイミング機構が、それぞれ位相切り替え式の可変バルブタイミング機構で構成されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

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