JP2016035251A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気還流量を調整可能とすることを課題とする。【解決手段】内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された排気行程における排気弁の開弁と吸気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更する開弁間隔変更機構を備える内燃機関を制御する制御装置において、前記開弁間隔変更機構により、排気還流量の制御対象となる気筒の前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングおよび/または、前記排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０?ずれた気筒の前記排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを制御する制御部を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関における排気還流、特に、内部ＥＧＲは、例えば、ディーゼル内燃機関の低温始動の際に、機関温度が十分に高くなっていないことに起因する不完全燃焼によって生じる未燃成分排出対策として有効である。近年では、機械圧縮比の低下が窒素酸化物と煤の発生抑制に有効であることに着目し、圧縮比を下げる傾向にある。圧縮比を下げると、圧縮行程終了時の筒内温度が下がり、低温時の未燃成分排出が増加するため、筒内温度を上昇させることは重要な課題となってきている。このような事情を背景に、従来、排気弁を排気行程流に開くだけでなく、吸気行程中にも開く、いわゆる排気弁二度開きを行うことで内部ＥＧＲ量を増やす提案がされている。吸気行程中に排気弁を開くことで内部ＥＧＲ量を増やす技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１３−１４２３０４号公報

ところで、内部ＥＧＲは、内燃機関の冷間時の未燃成分の低減の必要性等に応じて、その量を調整できると都合がよい。しかしながら、吸気行程中に排気弁を開いて排気還流量、すなわち内部ＥＧＲ量を増やす提案は、外部ＥＧＲとは異なり制御バルブ等を用いて内部ＥＧＲ量を制御できず、内部ＥＧＲ量の制御の観点から改良の余地がある。

そこで、本明細書開示の内燃機関の制御装置は、排気還流量を調整可能とすることを課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された排気行程における排気弁の開弁と吸気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更する開弁間隔変更機構を備える内燃機関を制御する制御装置において、前記開弁間隔変更機構により、排気還流量の制御対象となる気筒の前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングおよび/または、前記排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の前記排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを制御する制御部を備える。これにより、排気ブローダウンを利用した排気還流量の調整をすることができる。

前記制御部は、排気還流量を減量するときに、前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、前記排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間させるとともに、排気還流量を増量するときに、前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、前記排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを接近させることができる。吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間させると吸気圧を排気圧よりも高くすることができ、この結果、排気還流量を減らすことができる。一方、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを接近させると排気圧を吸気圧よりも高くすることができ、この結果、排気還流量を増すことができる。

前記開弁間隔変更機構は、開弁時期が異なる複数のカムプロフィールを有し、前記排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムと、前記吸気行程における排気弁の開弁を行う第２の排気カムと、を含むようにすることができる。

前記開弁間隔変更機構は、相互に位相を変更可能な内側シャフトと外側シャフトとを備えた二重カムシャフトと、前記内側シャフトと前記外側シャフトのいずれか一方に装着され、前記排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムと、前記内側シャフトと前記外側シャフトの他方に装着され、前記吸気行程における排気弁の開弁を行う第２の排気カムと、を含むようにすることができる。

前記開弁間隔変更機構は、排気弁を任意のタイミングで開閉可能なアクチュエータを備え、前記アクチュエータを制御することにより、前記排気行程における排気弁の開弁と前記吸気行程における排気弁の開弁の間隔を変更するようにできる。

本明細書開示の内燃機関の制御装置によれば、排気還流量を調整することができる。

図１は第１実施形態の内燃機関の制御装置を備えた内燃機関の概略構成を示す説明図である。 図２（Ａ）は吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと♯４排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとがずれた状態を示すグラフである。図２（Ｂ）は排気行程における排気弁の開弁の時期を進角し、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと♯４排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを一致させた状態を示すグラフである。 図３は可変動弁機構を示す説明図である。 図４（Ａ）〜（Ｄ）は選択されるカムの組み合わせを示す説明図である。 図５は可変動弁機構による排気行程における排気弁の開弁及び吸気行程における排気弁の開弁のバルブリフトカーブの一例を示すグラフである。 図６は内燃機関の制御装置が行う排気還流量制御の一例を示すフロー図である。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は未燃成分低減の要否を判断するためのマップの一例である。 図８は排気行程における排気弁の開弁時期と吸気行程における排気弁の開弁時期との関係を示す説明図である。 図９は吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期との差Ｂを求めるためのマップの一例である。 図１０は第２実施形態における可変動弁機構を示す説明図である。 図１１は第２実施形態の可変動弁機構に含まれる内側シャフト及び外側シャフトを模式的に示す説明図である。 図１２は第３実施形態の可変動弁機構の一部を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

（第１実施形態）
まず、図１を参照しつつ、実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は実施形態の内燃機関５０の概略構成を示す説明図である。内燃機関５０は、ガソリン、その他の燃料を用いる機関とすることもできるが、本実施形態の内燃機関５０は、ディーゼル内燃機関である。内燃機関５０は吸気系１０、排気系２０を備える。吸気系１０は吸気経路１１０上にインタークーラ１２とインテークマニホールド１３及びスロットルバルブ１４を備える。インタークーラ１２は吸気を冷却する。インテークマニホールド１３は内燃機関５０の各気筒５１ａに吸気を分配する。スロットルバルブ１４は、吸気量を調整する。排気系２０は排気経路２１０上にエキゾーストマニホールド２１を備える。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。吸気系１０および排気系２０には過給器３０が設けられている。過給器３０は、吸気を過給する。

内燃機関５０は、各気筒で吸気→圧縮→膨張→排気の４行程を順次繰り返す４気筒内燃機関である。従って、内燃機関５０は、♯１気筒、♯２気筒、♯３気筒及び♯４気筒を有する。４気筒内燃機関である内燃機関５０のファイアリングオーダーは、♯１気筒→♯３気筒→♯４気筒→♯２気筒となっている。すなわち、各気筒のファイアリングの間隔は１８０°になっている。このため、例えば、♯１気筒が排気行程となっているときに、♯４気筒が圧縮行程となる。また、♯１気筒が吸気行程となっているときに、♯４気筒が膨張行程となる。換言すれば、♯１気筒と♯４気筒とは、爆発タイミングが３６０°ずれた関係となっている。♯２気筒と♯３気筒との関係も♯１気筒と♯４気筒との関係と同様である。本実施形態では、♯１気筒と♯４気筒とを組として捉え、♯２気筒と♯３気筒とを組として捉える。

このような関係を有する内燃機関５０における排気行程と吸気行程との関係につき、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ説明する。図２（Ａ）、（Ｂ）では、♯１気筒の排気弁及び吸気弁のバルブリフトカーブを描いている。このため、以下の説明では、♯１気筒を排気還流量の制御対象となる気筒として説明するが、♯４気筒と♯１気筒を入れ替えても同様の説明となる。また、♯２気筒と♯３気筒を用いた説明であっても、その内容は同様である。

図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、＃１気筒の吸気行程後半に＃４気筒の排気行程が開始し、エキゾーストマニホールド２１内には、♯４気筒の排気に起因する排気ブローダウンが観察される。本実施形態では、この排気ブローダウンを利用して排気還流量を制御する。すなわち、図２（Ａ）に示すように吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間させることによって排気還流量を減量する。一方、図２（Ｂ）に示すように吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを接近させることによって排気還流量を増量する。これらの具体的な制御については、後に詳述する。なお、吸気行程における排気弁の開弁は内燃機関５０の運転条件に応じて選択的に行われる。吸気行程における排気弁の開弁が行われるか否かについては、後に詳述する。また、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間又は接近させるためには、少なくともいずれか一方のタイミングを変更する。

内燃機関５０はＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備える。ＥＣＵ７０は、内燃機関５０の各種制御を行うとともに、内燃機関の制御装置における制御部として機能する。ＥＣＵ７０には、スロットルバルブ１４、さらには、ＮＥ（Number of Engine speed）センサ７１、その他のセンサ類が電気的に接続されている。

内燃機関５０は、可変動弁機構６０を備える。可変動弁機構６０は、開弁間隔変更機構として機能する。すなわち、可変動弁機構６０は、内燃機関５０の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された排気行程における排気弁の開弁と、吸気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された吸気行程における排気弁の開弁とを行う。吸気行程における排気弁の開弁により排気ガスを筒内に還流することができる。さらに、可変動弁機構６０は、排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更する。開弁間隔変更機構を稼働させることにより、排気還流量の制御対象となる気筒の前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングおよび/または、排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを制御することができる。ここで、変更するのは位相、すなわち、クランクアングルである。具体的に、排気行程中のバルブリフトのピークタイミングと吸気行程中のバルブリフトのピークタイミングのうち、少なくとも一方のピークタイミングの位相を変更することで排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更する。また、位相と同時にバルブリフト量、作用角を変更してもよい。以下、このような可変動弁機構６０について、図３乃至図５を参照しつつ説明する。

可変動弁機構６０はシリンダヘッドに設けられている。可変動弁機構６０はカム切替式の可変動弁機構であり、第１のカムであるカムＣａ、第２のカムであるカムＣｂ、および第３のカムであるカムＣｃのうちから排気弁の駆動に使用する使用カムを選択する。カムＣａ、ＣｂおよびＣｃはカムシャフト６５に設けられており、排気弁の駆動に使用される複数（ここでは３つ）のカムを構成している。複数のカムは３つ以上のカムとすることができる。

カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは互いに異なるカムプロフィールを有している。これらのうち、カムＣａ、Ｃｂは、排気行程で排気弁を駆動する。すなわち、カムＣａ、Ｃｂは、開弁時期が異なる複数のカムプロフィールを有し、排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムとして機能する。一方、カムＣｃは、吸気行程における排気弁の開弁を行う第２の排気カムとして機能する。カムＣａ、Ｃｂのカムプロフィールは具体的にはカムＣａに応じた排気弁５５の開弁期間内にカムＣｂに応じた排気弁の開弁期間が含まれ、且つカムＣａのほうがカムＣｂよりも排気弁のリフト量が大きくなるように設定されている。カムＣａ、Ｃｂのカムプロフィールは、内燃機関５０の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが来るように設定されている。

カムＣｃのカムプロフィールはカムＣａまたはカムＣｂと異なるタイミングで排気弁を駆動するように設定されている。カムＣｃのカムプロフィールは具体的には吸気弁の開弁期間に排気弁が開弁するように設定されている。より具体的に、カムＣｃのカムプロフィールは、吸気行程中にバルブリフトのピークタイミングが来るように設定されている。カムＣｃはカムＣｂとともに用いられるカムとなっている。組み合わされて用いられるカムＣｃとカムＣｂとが排気行程中及び吸気行程中に排気弁を開弁させる排気弁二度開きカムとして機能する。可変動弁機構６０は、これらのカムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃの中から選択されるカムにより、第１モードと第２モードを切り替えることができる。ここで、第１モードは、排気行程の少なくとも一部の期間で排気弁を開状態にするモードである。一方、第２モードは、排気行程の少なくとも一部の期間で排気弁を開状態にすると共に吸気行程の少なくとも一部の期間で排気弁のリフト量を増大させてその後に閉じるモードである。本明細書において、このような第２モードの排気行程の少なくとも一部の期間における排気弁の開弁を排気行程における排気弁の開弁と称する。また、本明細書において、このような第２モードの吸気行程の少なくとも一部の期間における排気弁の開弁を吸気行程における排気弁の開弁と称する。カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは複数の気筒５１ａそれぞれに対応させて設けられている。

可変動弁機構６０はカム当接部６１と弁駆動部６２とロッカーアーム部６３とロッカーアームシャフト６４とを備えている。カム当接部６１、弁駆動部６２およびロッカーアーム部６３は気筒５１ａ毎に設けられており、ユニットＵを構成している。

カム当接部６１はカムフォロアであり、カムＣａ、ＣｂおよびＣｃに合わせて複数（ここでは３つ）設けられている。カム当接部６１ａは複数のカム当接部６１のうちカムＣａに当接するカム当接部を示す。カム当接部６１ｂはカムＣｂに、カム当接部６１ｃはカムＣｃに当接するカム当接部をそれぞれ示す。複数のカム当接部６１それぞれはロッカーアーム部６３に設けられている。

弁駆動部６２はロッカーアーム部６３に設けられている。弁駆動部６２は気筒５１ａ毎に設けられている排気弁の数に合わせて複数設けられており、排気弁に動力を伝達する。弁駆動部６２はロッカーアーム部６３の一部であってもよい。

図３ではカムシャフト６５とともにユニットＵを示す。ロッカーアーム部６３は複数の揺動部である揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃを備えている。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃはカムＣａ、ＣｂおよびＣｃのカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、カムシャフト６５から排気弁に伝達する動力を仲介する。弁駆動部６２それぞれは揺動部６３ｂに設けられている。従って、ロッカーアーム部６３では具体的には揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのうち揺動部６３ｂが排気弁を駆動する。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃそれぞれはロッカーアームシャフト６４によって個別に揺動可能に支持されている。

ロッカーアーム部６３はさらに複数の連結機構である連結機構６３１、６３２を備える。連結機構６３１、６３２は揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのうち２つの揺動部、具体的には隣り合う２つの揺動部の連結と連結解除とを行う。具体的には、第１の連結機構である連結機構６３１は揺動部６３ａ、６３ｂの連結と連結解除とを行い、第２の連結機構である連結機構６３２は揺動部６３ｂ、６３ｃの連結と連結解除とを行う。連結機構６３１と連結機構６３２には、それぞれＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）が接続されている。ＯＣＶは、ＥＣＵ７０に電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、ＯＣＶに指令を発することにより、連結機構６３１、６３２を作動させ、排気弁を駆動する揺動部を選択する。連結機構６３１、６３２を作動させることにより、具体的に、以下の４つのパターンを創出する。

図４（Ａ）は第１のパターン、図４（Ｂ）は第２のパターン、図４（Ｃ）は第３のパターン、図４（Ｄ）は第４のパターンを示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）中、破線で示す揺動部６３ａや揺動部６３ｃは連結が解除された状態にあることを示す。

第１のパターンは、使用カムをカムＣａとする場合である。第２のパターンは、使用カムをカムＣｂとする場合である。これらの第１のパターン及び第２のパターンが第１モードに相当する。第３のパターンは、使用カムをカムＣｂ、Ｃｃとする場合である。第４のパターンは、使用カムをＣａ、Ｃｃとする場合である。これらの第３のパターン及び第４のパターンが第２モードに相当し、排気弁二度開きカムを使用するパターンとなる。排気弁二度開きカムを使用する第３のパターン及び第４のパターンでは、排気還流量、すなわち、内部ＥＧＲ量を増量することができる。これにより、内燃機関５０は、始動時、特に冷間始動時において、内部ＥＧＲを増量することができ、筒内温度を上昇させ、始動性を向上させることができる。

ここで、図５を参照しつつ、第３のパターンと第４のパターンのバルブリフトの様子を説明する。カムＣｂを用いる第３のパターンと比較して、カムＣａを用いる第４のパターンでは、排気行程における排気弁の開弁時期が進角している。ここで、吸気行程における排気弁の開弁に着目すると、カムＣｂを用いた場合とカムＣａを用いた場合のいずれであってもバルブリフトの態様は共通しており、排気弁の開弁時期も一致している。このため、第３のパターンと第４のパターンとでは、排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁の間隔が異なっている。このように、可変動弁機構６０は、排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁の間隔を変更する開弁間隔変更機構と機能する。

つぎに、以上のような可変動弁機構６０を備える内燃機関の制御装置が行う制御に一例について図６乃至図９を参照しつつ説明する。図６は内燃機関の制御装置が行う排気還流量制御の一例を示すフロー図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）は未燃成分低減の要否を判断するためのマップの例である。図８は排気行程における排気弁の開弁時期と吸気行程における排気弁の開弁時期との関係を示す説明図である。図９は吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期との差Ｂを求めるためのマップの一例である。制御は、ＥＣＵ７０が主体的に行う。

まず、ステップＳ１では、排気２度開き、すなわち、排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁とを行う第２モードとする状態となっているか否かを判断する。具体的に、内燃機関５０が冷間始動状態にあるか否かを判断する。すなわち、内部ＥＧＲを還流して筒内温度を上昇させることが必要であるか否かを判断する。内燃機関５０が冷間状態であるか否かは、エンジン水温により判断することができる。なお、負荷が低いこと等を第２モードへの切替条件に加えてもよい。ステップＳ１でＹＥＳと判断したときは、ステップＳ２へ進む。一方、ステップＳ１でＮＯと判断したときは、ステップＳ１でＹＥＳと判断するまでステップＳ１の処理を繰り返す。ステップＳ２では、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量に関する値を取得する。エンジン回転数はＮＥセンサ７１により取得する。燃料噴射量に関する値はＥＣＵ７０が保持する値を用いる。ステップＳ２に引き続き行われるステップＳ３では、未燃成分排出量を推定する。具体的に、ステップＳ２で取得したエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量に関する値を図７（Ａ）に例示するマップに当て嵌める。ステップＳ３に引き続き行われるステップＳ４では、現時点における吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期との差Ａを算出する。ステップＳ４に引き続き行われるステップＳ５では、対応する気筒の排気ブローダウンが、排気還流量の制御対象とする気筒の吸気行程における排気弁の開弁と干渉する為の吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期との差Ｂを算出する。差Ｂは、エンジン回転数ＮＥに依存するため、エンジン回転数ＮＥを読み出すことにより、差Ｂを求めることができる。ここで、排気還流量の制御対象とする気筒を♯１気筒であるとすると、対応する気筒は♯４気筒となる。また、排気還流量の制御対象とする気筒を♯４気筒とすると、対応する気筒は♯１気筒となる。すなわち、爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の組において、制御対象となる気筒と対応する気筒とは、順次入れ替わる。このような関係は、♯２気筒と♯３気筒においても同様である。ただし、実際上は、４気筒すべてに対して同様の排気弁駆動とすればよく、排気弁の挙動は、いずれの気筒においても同様の振る舞いとなり、これに伴い、各気筒において同様に排気ブローダウンが発現する。

排気還流量の制御対象とする気筒の吸気行程における排気弁の開弁と干渉する為の吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期との差Ｂは、図９に例示するマップを参照することによって算出される。差Ｂは、予め試験を行うことによって求めておく。このようにして求めた差Ｂと差Ａとを比較し、排気行程における排気弁の開弁時期を進角又は遅角する。これにより、排気還流量の制御対象となる気筒の吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気還流量の制御対象となる気筒と位相が３６０°ずれた気筒の排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとの関係を調節する。

ステップＳ５に引き続き行われるステップＳ６では、ステップＳ３において推定した未燃成分排出量に基づいて、未燃成分の低減措置が必要であるか否か、具体的には、図７（Ａ）に示すマップに当て嵌められた領域が予め定めた閾値を超えているか否かを判断する。未燃成分が多い領域であるときは、ステップＳ７へ進み、ステップＳ７において排気還流量増量措置を開始する。一方、未燃成分が少ない領域であるときは、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１２において排気還流量減量措置を開始する。なお、ステップＳ２〜ステップＳ５までの処理は、ステップＳ６の措置が開始されるまでに完了していればよく、処理の順番は問わない。また、未燃成分の低減措置が必要であるか否かは、図７（Ｂ）や図７（Ｃ）に例示するマップを用いることもできる。図７（Ｂ）は、エンジン水温Ｗｔから未燃成分の量を推定するものである。このマップを用いる場合、ステップＳ２では、エンジン水温Ｗｔに関する値を取得する。図７（Ｃ）は吸気量Ｑａから未燃成分の量を推定するものである。このマップを用いる場合、ステップＳ２では、吸気量Ｑａに関する値を取得する。

ステップＳ７に引き続き行われるステップＳ８では、差Ａが差Ｂと等しいか否かを判断する。ステップＳ８でＹＥＳと判断したときは、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとが一致している。すなわち、排気還流量が多くなっており、筒内温度を上昇させ、未燃成分を低減することができる状態であるため、その状態を維持する。この場合、処理はリターンとなる。

ステップＳ８でＮＯと判断したときは、ステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、Ａ−Ｂが０よりも大きいか否かを判断する。ステップＳ９においてＹＥＳと判断したときは、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、排気行程における排気弁の開弁時期を遅角させることによって吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期とを接近させる。これにより、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングのピークとを接近させ、排気還流量を増量する。すなわち、ステップＳ９でＹＥＳと判断したときは、排気ブローダウンによる排気圧力のピークが吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングに先行して現れる状態である。そこで、排気行程における排気弁の開弁時期を遅角することによって排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを遅らせる。これにより、吸気行程における排気弁の開弁のときに排気圧＞吸気圧の状態として排気還流量を増量することができる。なお、排気行程における排気弁の開弁時期を遅角する措置に代えて、又は、同時に吸気行程における排気弁の開弁時期を進角する措置を採用してもよい。

一方、ステップＳ９でＮＯと判断したときは、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、排気行程における排気弁の開弁時期を進角させることによって吸気行程における排気弁の開弁時期と排気行程における排気弁の開弁時期とを遠ざける。これにより、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを接近させ、排気還流量を増量する。すなわち、ステップＳ９でＮＯと判断したときは、図２（Ａ）で示すように、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングが吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングに遅れて現れる状態である。そこで、図２（Ｂ）で示すように排気行程における排気弁の開弁時期を進角することによって排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを早める。これにより、吸気行程における排気弁の開弁のときに排気圧＞吸気圧の状態として排気還流量を増量することができる。なお、排気行程における排気弁の開弁時期を進角する措置に代えて、又は、同時に吸気行程における排気弁の開弁時期を遅角する措置を採用してもよい。

ステップＳ１２に引き続き行われるステップＳ１３では、ステップＳ８と同様に、差Ａが差Ｂと等しいか否かを判断する。ステップＳ１３でＹＥＳと判断したときは、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとが一致している。すなわち、排気還流量が多くなっている。この場合、ステップＳ１４へ進み、排気行程における排気弁の開弁時期を進角させて、差Ａと差Ｂとがずれるようにする。ステップＳ１４の処理を行う場合、その前提として、ステップＳ６におけるＮＯ判定がある。すなわち、ステップＳ１４の処理を行う場合は、未燃成分低減は不要である。このため、ステップＳ１４では、差Ａと差Ｂとをずらす何らかの措置が取られればよい。従って、排気行程における排気弁の開弁時期の進角に代えて、排気行程における排気弁の開弁時期を遅角させてもよい。また、吸気行程における排気弁の開弁時期を進角させたり、遅角させたりしてもよい。要は、差Ａと差Ｂとをずらし、排気還流量を減量することができればよい。このように、排気還流量を減量するときは、排気行程における排気弁の開弁時期を進角または遅角する。または、吸気行程における排気弁の開弁時期を進角または遅角する。これにより、吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間させる。この結果、吸気行程における排気弁の開弁のときに吸気圧＞排気圧の状態として排気還流量を減量することができる。

ステップＳ１３でＮＯと判断したときは、処理は、リターンとなる。差Ａと差Ｂとがずれた状態となっていれば、排気還流量は少ない状態となっているため、格別の処理は求められないためである。ただし、排気還流量をさらに減量する効果を求めるために、差Ａと差Ｂとのずれ量がより大きくなるように排気行程における排気弁の開弁時期を進角又は遅角させたり、吸気行程における排気弁の開弁時期を進角又は遅角させたりしてもてもよい。

以上のように、可変動弁機構６０を制御することにより、排気還流量を制御することができる。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態につき、図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は第２実施形態における可変動弁機構１６０を示す説明図である。図１１は第２実施形態の可変動弁機構１６０に含まれる内側シャフト１６５ａ及び外側シャフト１６５ｂを模式的に示す説明図である。

可変動弁機構１６０は、第１実施形態の可変動弁機構６０と同様に、開弁間隔変更機構として機能する。可変動弁機構１６０が可変動弁機構６０と異なる点は、以下の通りである。まず、可変動弁機構１６０は、可変動弁機構６０に装備されているカムＣａが省略されている。また、カムＣｂ、Ｃｃは、相互に位相を変更可能な内側シャフト１６５ａと外側シャフト１６５ｂとを備えた二重カムシャフト１６５に装着されている。内側シャフト１６５ａの端部には、第１のＶＶＴ（Variable Valve Timing system）１６６ａが装着されている。外側シャフト１６５ｂの端部には、第２のＶＶＴ１６６ｂが装着されている。これにより、両シャフトの位相差を変更することができる。なお、両シャフトの位相差を変更することができればよいので、第１のＶＶＴ１６６ａと第２のＶＶＴ１６６ｂの少なくとも一方を備えていればよい。

カムＣｂは、外側シャフト１６６ｂに装着されている。カムＣｂは、排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムに相当する。カムＣｃは、内側シャフト１６６ａに装着されている。カムＣｃは、吸気行程における排気弁の開弁を行う第２のカムに相当する。これにより、排気還流量の制御対象となる気筒の吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとの関係を調整できる。なお、カムＣｂを内側シャフト１６６ａに装着し、カムＣｃを外側シャフト１６６ｂに装着してもよい。

このような可変動弁機構１６０を用いて、第１実施形態と同様の制御を行うことができる。すなわち、図６に示すフロー図に従って制御を行うことができる。ただし、ステップＳ９では、排気行程における排気弁の開弁時期を遅角する措置に代えて吸気行程における排気弁の開弁時期を進角する措置とすることもできる。また、排気行程における排気弁の開弁時期の遅角と、吸気行程における排気弁の開弁時期の進角とを併せて採用してもよい。このような措置は、内側シャフト１６６ａや外側シャフト１６６ｂの位相を変更することができるため、可能となる。同様に、ステップＳ１０では、排気行程における排気弁の開弁時期を進角する措置に代えて吸気行程における排気弁の開弁時期を遅角する措置とすることもできる。また、排気行程における排気弁の開弁時期の進角と、吸気行程における排気弁の開弁時期の遅角とを併せて採用してもよい。

第２実施形態の可変動弁装置は、二重カムシャフト１６６により排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁の間隔を変更するため、連続的に排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁の間隔を変更することができる。

（第３実施形態）
つぎに、第３実施形態につき、図１２を参照しつつ説明する。図１２は第３実施形態の可変動弁機構２６０の一部を模式的に示す説明図である。可変動弁機構２６０は、アクチュエータに相当する電磁駆動弁２６１を備える。可変動弁機構２６０は、電磁駆動弁により排気弁を任意のタイミングで開閉可能であり、電磁駆動弁２６１を制御することにより排気行程における排気弁の開弁と吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更することができる。すなわち、可変動弁機構２６０は、開弁間隔変更機構として機能する。

図１２を参照すると、シリンダヘッド２６２に電磁駆動弁２６１が装着されている。シリンダヘッド２６２は、シリンダブロックの上面に固定されたロアヘッド２６４と、このロアヘッド２６４の上面に固定されたアッパヘッド２６６とを備える。ロアヘッド２６４には内燃機関５０の排気ポート２６８が形成されており、各排気ポート２６８の燃焼室２７０の側の開口端には、排気弁２７２の弁体２７２ａが着座する弁座２７４が設けられている。

ロアヘッド２６４には各排気ポート２６８の内壁面よりロアヘッド２６４の上面まで図１２において上下方向に延在する断面円形の貫通孔が形成され、この貫通孔には円筒状のバルブガイド２７６が圧入により固定されている。バルブガイド２７６には排気弁２７２のステム２７２ｂが挿通され、ステム２７２ｂはバルブガイド２７６により軸線２７８に沿って往復動可能に支持されている。

アッパヘッド２６６には軸線２７８に整合して延在するコア取付孔２８０が形成されており、コア取付孔２８０は小径部２８０ａとその下方に位置する大径部２８０ｂとよりなっている。小径部２８０ａには軟磁性体にて形成され実質的に円柱状をなすアッパコア２８２及びロアコア２８４が軸線２７８に沿って互いに隔置された状態にて配置されている。アッパコア２８２の上端にはフランジが形成され、このフランジはアッパヘッド２６６の上面に当接している。同様にロアコア２８４の下端にはフランジが形成されており、このフランジは小径部２８０ａと大径部２８０ｂとの間の肩部に当接している。

アッパコア２８２の上方には実質的に円筒状のアッパキャップ２８６が配置されており、アッパキャップ２８６はその下端に設けられたフランジ２８６ａが複数個のボルト２８８によってアッパヘッド２６６に取り付けられることによりアッパヘッド２６６に固定されると共に、アッパコア２８２をアッパヘッド２６６に対し固定している。ロアコア２８４の下面には実質的に円環状をなすロアキャップ２９０が当接しており、ロアキャップ２９０は複数個のボルト２９２によりアッパヘッド２６６に対し固定され、これによりロアコア２８４をアッパヘッド２６６に固定している。

アッパコア２８２の下面及びロアコア２８４の上面はアッパヘッド２６６の小径部２８０ａと共働して内部空間２９４を郭定しており、アッパコア２８２の下面及びロアコア２８４の上面には軸線２７８の周りに延在する環状溝が形成され、各環状溝にはそれぞれアッパ電磁コイル２９６及びロア電磁コイル２９８が嵌め込まれている。アッパ電磁コイル２９６及びロア電磁コイル２９８は互いに同一の直径を有し、内部空間２９４を介して互いに対向している。

排気弁２７２のステム２７２ｂの上端にはラッシュアジャスタ３００が取り付けられ、ラッシュアジャスタ３００の上端にはアーマチャステム３０２の下端が当接している。アーマチャステム３０２はアッパコア２８２及びロアコア２８４に設けられた貫通孔を貫通して軸線２７８に沿ってアッパコア２８２よりも上方まで延在し、アッパコア２８２及びロアコア２８４により軸線２７８に沿って往復動可能に支持されている。アーマチャステム３０２には内部空間２９４内に於いて軟磁性体よりなるアーマチャ３０４が固定されている。

ラッシュアジャスタ３００は周知の構成のものであり、ラッシュアジャスタ３００の上端とアーマチャステム３０２の下端との間に間隙がある場合には、ラッシュアジャスタ内部のスプリングによりその長さが間隙の分だけ伸びて間隙をなくし、逆にラッシュアジャスタが排気弁２７２のステム２７２ｂとアーマチャステム３０２とにより強く圧縮される場合には、内部の高圧室に封入された液体により反力が発生され、これによりその長さを維持するようになっている。

アッパキャップ２８６の上端にはアジャストボルト３０６が螺合し、アジャストボルト３０６の下面にはスプリングシート３０８が当接している。スプリングシート３０８とアーマチャステム３０２の上端に固定されたアッパリテーナ３１０との間には圧縮コイルスプリング３１２が弾装されており、これにより排気弁２７２はアーマチャステム３０２を介して開弁方向、即ち弁体２７２ａが弁座２７４より離れる方向へ軸線２７８に沿って付勢されている。排気弁２７２のステム２７２ｂの上端にはロアリテーナ３１４が固定されており、ロアリテーナ３１４とロアヘッド２６４の上面との間には圧縮コイルスプリング３１６が弾装されており、これにより排気弁２７２は図１２において上方、即ちその弁体２７２ａが弁座２７４に着座する閉弁位置へ向けて軸線２７８に沿って付勢されている。

圧縮コイルスプリング３１２及び３１６のばね力は、アッパ電磁コイル２９６及びロア電磁コイル２９８が励磁されていない状況におけるアーマチャ３０４の位置（中立位置）がアッパコア２８２の下面とロアコア２８４の上面との間の中間位置に一致するよう設定されている。

アッパリテーナ３１０の上面には円板状のターゲット３１８ａが固定されており、アジャストボルト３０６には検出端がターゲット３１８ａに対向するようギャップセンサ３１８ｂが固定されている。ターゲット３１８ａ及びギャップセンサ３１８ｂは互いに共働してアーマチャ３０４の位置、従って弁体２７２ａの位置を検出する位置検出手段であるバルブリフトセンサ３１８を構成しており、バルブリフトセンサ３１８はターゲット３１８ａとギャップセンサ３１８ｂの検出端との間の距離に応じた電圧信号をＥＣＵ７０へ出力する。

アッパ電磁コイル２９６はアッパコア２８２と共働して閉弁用電磁石を構成している。閉弁用電磁石（２９６、２８２）はアッパ電磁コイル２９６が駆動回路３２２より供給される励磁電流によって励磁されることにより、圧縮コイルスプリング３１２のばね力に抗してアーマチャ３０４を図１２において上方へ吸引する電磁力を発生し、アーマチャ３０４はアッパコア２８２の下面に当接する閉弁終端位置まで上方へ移動する。このようにしてアーマチャ３０４が閉弁終端位置へ移動すると、排気弁２７２は圧縮コイルスプリング３１６のばね力により図１２において上方へ駆動される。

同様に、ロア電磁コイル２９８はロアコア２８４と共働して開弁用電磁石を構成している。開弁用電磁石（２９８、２８４）はロア電磁コイル２９８が駆動回路３２４より供給される励磁電流によって励磁されることにより、圧縮コイルスプリング３１６のばね力に抗してアーマチャ３０４を図１２において、下方へ吸引する電磁力を発生し、アーマチャ３０４はロアコア２８４の上面に当接する開弁終端位置まで移動する。このようにしてアーマチャ３０４が開弁終端位置へ移動すると、排気弁２７２は全開位置へ移動する。

排気弁２７２を全開位置より全閉位置へ移動させる場合には、ロア電磁コイル２９８の励磁が解除され、排気弁２７２及びアーマチャ３０４は圧縮コイルスプリング３１６のばね力及びそれらの慣性によって図１２において、上方へ移動し、アーマチャ３０４がアッパコア２８２に近接した段階でアッパ電磁コイル２９６が励磁され、これによりアーマチャ３０４が閉弁終端位置に位置決めされることによって排気弁２７２が全閉位置に位置決めされる。

逆に排気弁２７２を全閉位置より全開位置へ移動させる場合には、アッパ電磁コイル２９６の励磁が解除され、排気弁２７２及びアーマチャ３０４は圧縮コイルスプリング３１２のばね力及びそれらの慣性によって図１２において、下方へ移動し、アーマチャ３０４がロアコア２８４に近接した段階でロア電磁コイル２９８が励磁され、これによりアーマチャ３０４が開弁終端位置に位置決めされることによって排気弁２７２が全開位置に位置決めされる。

アッパ電磁コイル２９６及びロア電磁コイル２９８の励磁はそれぞれ駆動回路３２２及び３２４がＥＣＵ７０によって制御されることにより制御される。

このような可変動弁機構２６０であれば、任意のタイミングで排気弁２７２を開閉することができる。これにより、排気還流量の制御対象となる気筒の吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとの関係を調節できる。この結果、内部ＥＧＲ量の調節をすることができる。

上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０ 吸気系
１１０ 吸気経路
１４ スロットルバルブ
２０ 排気系
２１０ 排気経路
５０ 内燃機関
６０、１６、２６０ 可変動弁機構
７０ ＥＣＵ（制御部）
Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃ カム

Claims (5)

1. 内燃機関の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された排気行程における排気弁の開弁と吸気行程中にバルブリフトのピークタイミングが設定された吸気行程における排気弁の開弁との間隔を変更する開弁間隔変更機構を備える内燃機関を制御する制御装置において、
   前記開弁間隔変更機構により、排気還流量の制御対象となる気筒の前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングおよび/または、前記排気還流量の制御対象となる気筒と爆発タイミングが３６０°ずれた気筒の前記排気行程における排気弁の開弁による排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングを制御する制御部を備える内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、排気還流量を減量するときに、前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、前記排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを離間させるとともに、排気還流量を増量するときに、前記吸気行程における排気弁の開弁によるバルブリフトピークのタイミングと、前記排気ブローダウンによる排気圧力のピークのタイミングとを接近させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記開弁間隔変更機構は、開弁時期が異なる複数のカムプロフィールを有し、前記排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムと、
   前記吸気行程における排気弁の開弁を行う第２の排気カムと、を含む請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記開弁間隔変更機構は、相互に位相を変更可能な内側シャフトと外側シャフトとを備えた二重カムシャフトと、
   前記内側シャフトと前記外側シャフトのいずれか一方に装着され、前記排気行程における排気弁の開弁を行う第１の排気カムと、
   前記内側シャフトと前記外側シャフトの他方に装着され、前記吸気行程における排気弁の開弁を行う第２の排気カムと、を含む請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記開弁間隔変更機構は、排気弁を任意のタイミングで開閉可能なアクチュエータを備え、前記アクチュエータを制御することにより、前記排気行程における排気弁の開弁と前記吸気行程における排気弁の開弁の間隔を変更する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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