JP2019143574A - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関への燃料の噴射方式に関わらず、既燃ガス量を増やすことなく燃焼を促進して排気温度を上昇させる。【解決手段】内燃機関の制御装置は、燃焼室を含む機関本体と、燃焼室への吸気を調整する複数の吸気弁と、燃焼室内の混合気に点火する点火部とを有する。内燃機関の制御装置は、複数の排気弁を開弁及び閉弁させる可変動弁機構と、少なくとも１つの吸気弁の開弁時期を、少なくとも１つの吸気弁以外の他の吸気弁の開弁時期より遅角化させるように可変動弁機構を制御すると共に、少なくとも１つの吸気弁が閉弁後、遅くとも圧縮行程後のピストンが下死点に到達するまでの間に点火するよう点火部を制御する制御部とを備える。【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の制御に関する。

触媒を用いて、エンジンなどの内燃機関の排気に含まれる有害物質を浄化することが知られている。触媒による有害物質の浄化のためには、触媒は所定の活性温度に達している必要があり、触媒の暖機のために排気からの熱が利用される。そして、排気温度を上昇させて触媒の暖機を素早く行うために、内燃機関の点火時期を遅角することが知られている。例えば、特許文献１には、排気中に吸気弁を一度開き、吸気管に排気ガスを戻すことで空気の温度を上げると共に、燃焼安定性を増しつつ点火時期を遅角することが記載されている。例えば、特許文献２には、エンジン冷間時に排気弁の開期間と吸気弁の開期間とが重なる期間を設定して、新気の吹き抜けにより排気通路の酸素濃度を高めた上で、排気弁閉時期よりも後に燃料を噴射して筒内の空燃比が略ストイキにすることで、燃焼安定性を増しつつ点火時期を遅角することが記載されている。例えば、特許文献３には、筒内直噴エンジンにおいて、吸気弁を開けるタイミングを遅角化し、かつ吸気弁のリフト量を小さくすることで吸気流動を強め、噴射した燃料がボア壁面に付着するのを抑制して気化を促進し、燃焼を安定させると共に点火時期を遅角することが記載されている。

特開２００２−２５６９０８号公報 特開２０１０−１９００７７号公報 特開２００９−６２９４６号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、燃焼室内の既燃ガスの増加に伴い、燃焼期間が長期化するといった課題があった。燃焼期間の長期化は、燃焼室の高温化には繋がるものの、排気温度の上昇には必ずしも有効ではない。また、特許文献２及び特許文献３は、直噴エンジンについてのみ考慮されており、適用範囲が限定的である。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、内燃機関への燃料の噴射方式に関わらず、既燃ガス量を増やすことなく燃焼を促進して排気温度を上昇させる技術を提供する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、内燃機関の制御装置が提供される。内燃機関の制御装置は、燃焼室を含む機関本体と、前記燃焼室への吸気を調整する複数の吸気弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火部とを有する内燃機関の制御装置であって、前記複数の排気弁を開弁及び閉弁させる可変動弁機構と、前記少なくとも１つの吸気弁の開弁時期を、前記少なくとも１つの吸気弁以外の他の吸気弁の開弁時期より遅角化させるように前記可変動弁機構を制御すると共に、前記少なくとも１つの吸気弁が閉弁後、遅くとも圧縮行程後のピストンが下死点に到達するまでの間に点火するよう前記点火部を制御する制御部と、を備える。

この構成によれば、複数の吸気弁のうち少なくとも１つの吸気弁の開弁時期を遅角化し、一部のガスを遅角した開弁時期に吸気して筒内のガスの流れの乱れを増加させることができる。これにより、点火部による点火時期を遅角化しても安定した燃焼が可能となり、排気温度が上がり、触媒の暖機を早めることができる。

（２）上記形態の内燃機関の制御装置は、さらに、前記少なくとも１つの吸気弁からの吸気の過給圧が、前記他の吸気弁からの吸気の過給圧よりも高くなるよう制御する過給圧制御部を備えていてもよい。この構成によれば、遅角化して開弁する吸気弁から導入する吸気ガスのブースト圧を、進角して開弁する吸気弁から導入する吸気ガスのブースト圧よりも高くすることで、吸気ガスの流速を速めて、筒内のガスの流れの乱れをより増加させることができる。これにより、点火部による点火時期をより遅角化させ、排気温度をさらに上げて触媒の暖機を早めることができる。

（３）上記形態の内燃機関の制御装置は、さらに、吸気した空気を前記燃焼室に導入する吸気経路であって、複数又に分岐されて前記燃焼室に連結し、前記複数又に分岐した吸気経路それぞれに前記吸気弁が設けられた前記吸気経路を備え、前記過給制御部は、前記分岐した吸気経路のうち、前記他の吸気弁が設けられている側へ分岐した経路に設けられたスロットル弁であってもよい。この構成によれば、スロットル弁を絞ることで、進角して開弁した吸気弁よりも遅角して開弁した吸気バルブからの吸気ガスのブースト圧を高めることができる。これにより、遅角して開弁した吸気バルブからの吸気ガス量を多くする、またはガスが流入する流れを速めて、筒内に吸気ガスの流れの乱れを増すことができる。これによって、より点火部による点火時期を遅らせて燃焼時期を遅らせても安定した燃焼ができ、排気温度を上げることができる。その結果、排気触媒に温度の高い排気ガスが送られるため、触媒の暖機を早めることができる。

（４）上記形態の内燃機関の制御装置において、前記制御部は、前記少なくとも１つの吸気弁の開弁期間が、前記他の吸気弁の開弁期間よりも短くなるように前記可変動弁機構を制御してもよい。この構成によれば、遅角化して開弁した吸気弁の開弁期間を、進角して開弁した他の吸気弁の開弁時間より短くする場合、進角して開弁した吸気弁Ａから導入した吸気ガス量と同じ量を遅角化して開弁した吸気弁からも導入しようとすると、ガス導入の速度を速くすることが要求されるので、進角して開弁した吸気弁よりも遅角して開弁した吸気バルブからの吸気ガスのブースト圧を高めることが必要になる。これによって、より燃焼室に導入されるガスの流れを速めてガスの流れの乱れを増すことができる。そのため、点火部による点火時期を遅らせて燃焼時期を遅らせることができ、排気温度を上げて、触媒の暖機を早めることができる。

（５）上記形態の内燃機関の制御装置では、前記制御部は、前記少なくとも１つの吸気弁の最大リフト量を、前記他の吸気弁の最大リフト量よりも小さくなるように前記可変動弁機構を制御してもよい。この構成によれば、遅角して開弁する吸気弁の最大リフト量を小さくすることで、吸気ガスの流速をさらに増して吸気ガスの流速を速めることができる。これにより、点火部による点火時期をより遅角化させることで、排気温度を上げて、触媒の暖機を早めることができる。

（６）上記形態の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は、さらに、前記燃焼室に直接または間接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えていてもよい。この構成によれば、直噴エンジンだけでなく、ポート噴射エンジンにも適用することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関の制御装置及び内燃機関の制御方法、内燃機関の制御装置を含むシステム、これら装置、方法、システムにおいて実行されるコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、そのコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

本発明の第１実施形態における内燃機関の制御装置の概略構成図である。 第１実施形態におけるエンジンの平面概略図である。 第１実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。 エンジン制御部による処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるエンジンの平面概略図である。 第３実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。 第４実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。 第５実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。 吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差を付けた場合と付けない場合とにおいて、点火時期と排気温度との関係の比較結果を示す図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態における内燃機関の制御システムの概略構成図である。内燃機関の制御システム１００は、内燃機関の機関本体であるエンジン１と、触媒コンバータ１２と、エンジン制御部１６とを含む。第１実施形態では、内燃機関であるエンジンの一例として、ポート噴射式エンジンを用いて説明する。内燃機関の機関本体であるエンジン１の各気筒の吸気ポート２は、吸気経路としての吸気管１３と連結され、各気筒の排気ポート４は、排気経路としての排気管１４と連結されている。吸気管１３は、各気筒に吸気された空気（以下では、「吸気ガス」または単に「ガス」と称する場合もある。）を導入する経路である。排気管１４は、各気筒から排出された既燃ガス（または「排気ガス」と称する場合もある。）を排出する経路である。

各気筒の吸気ポート２には、吸気弁（吸気バルブ）３が設けられ、各気筒の排気ポート４には、排気弁（排気バルブ）５が設けられている。吸気バルブ３の上方には、可変動弁機構としての可変動弁装置６が設けられる。排気バルブ５の上方には、排気バルブ５を開閉駆動するカムシャフト７が設けられる。可変動弁装置６は、吸気バルブ３のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構と、吸気バルブ３の中心角（吸気バルブ３が最大リフトを迎えるクランク角度位置）の位相を進角又は遅角させる位相可変機構と、を含む。排気ポート４は排気管１４と連結し、排気管１４には触媒コンバータ１２へ連結している。触媒コンバータ１２は、排気ガスに含まれている有害物質を触媒の作用によって無害な物質に転換させ、低減する装置である。触媒コンバータ１２には、触媒コンバータ１２内の触媒の温度を検出する触媒温度センサ１５が設けられている。また、各気筒の吸気ポート２の近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）８が設けられ、各気筒のシリンダヘッドには、点火部としての点火プラグ１１が取り付けられている。

エンジン１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ９や、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ１０が取り付けられている。水温センサ９、クランク角センサ１０、触媒温度センサ１５等の各種のセンサ出力は、制御部としてのエンジン制御部１６に入力される。エンジン制御部１６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁８の燃料噴射量や燃料噴射時期等を制御する。また、エンジン制御部１６は、可変動弁装置６を制御して吸気バルブ３の開閉動作を制御する。その際、エンジン制御部１６は、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された吸気バルブ制御プログラムを実行することで、例えば、エンジン始動時における触媒コンバータ１２内の触媒の温度が所定の閾値よりも低い場合等、触媒を暖機したい場合だけに、後述する実施形態に係る制御を行うことができる。なお、エンジン制御部１６と、可変動弁装置６とは、「内燃機関の制御装置」として機能する。

図２は、第１実施形態におけるエンジンの平面概略図である。図２は、図１のエンジンを上方から観察した場合の概略図に相当する。図２では、一例として１つの気筒につき２つの吸気バルブ３（３ａ，３ｂ）と、２つの排気バルブ５（５ａ，５ｂ）を設けた４バルブ式を採用したエンジン１を例に説明する。図２の例では、吸気管１３は分岐しており、分岐した吸気管１３はそれぞれ吸気ポート２ａ，２ｂに連結し、各吸気ポート２ａ，２ｂには吸気バルブ３ａ，３ｂが設けられている。吸気ポート２ａ，２ｂの近傍には、インジェクタ８ａ，８ｂが設けられている。分岐していない部分の排気管１３には、スロットル弁（スロットルバルブ）２１が設けられている。スロットルバルブ２１は、エンジン１内に送り込む空気の量を変化させてエンジンの回転数や出力を制御する。排気管１４は分岐しており、分岐した排気管はそれぞれ排気ポート４ａ，４ｂに連結し、各排気ポート４ａ，４ｂには排気バルブ５ａ，５ｂが設けられている。

図３は、第１実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。図３では、吸気バルブ３ａ，３ｂ及び排気バルブ５ａ，５ｂの各バルブの開閉の時間及び時期を示すバルブタイミングの一例である。図３において、縦軸は、バルブリフト量、すなわち、吸気バルブ３ａ，３ｂ及び排気バルブ５ａ，５ｂのバルブヘッドの開〜閉状態の変位量を示す。横軸は、クランク角、すなわち、シリンダーのピストンの上死点を基準とし、そこから度単位で表したエンジンの回転角度（クランク角）を示す。なお、ピストンの変位による最高到達点を上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center）、ピストンの変位による最低到達点を下死点（ＢＤＣ：Bottom Dead Center）いう。以下では、吸気バルブＡは、符号３ａで示す吸気バルブを表し、吸気バルブＢは、符号３ｂで示す吸気バルブを表す場合を例示するが、これらは逆にしてもよい。

図３の例では、排気バルブ５（５ａ，５ｂ）を閉じると共に、ＴＤＣ時に吸気バルブＡ（３ａ）が開き始める。このとき、吸気バルブＢ（３ｂ）は、未だ閉じたままである。ピストンがＢＤＣに向かって下がっていくのに対して、吸気バルブＡ（３ａ）のバルブリフト量は大きくなっていく。その後、吸気バルブＡ（３ａ）のバルブリフト量が最大になる辺りで、吸気バルブＢ（３ｂ）が開き始める。ＢＤＣ付近では、吸気バルブＡ（３ａ）のバルブリフト量が小さくなっていくのに対して、吸気バルブＢ（３ｂ）のバルブリフト量が上がっていっている。ＢＤＣからＴＤＣへ向かってピストンが動作する中で、吸気バルブＡ（３ａ）のバルブリフト量が最大になっているが、この時点では、吸気バルブＡ（３ａ）は閉じている。さらにピストンがＴＤＣに到達する頃には、吸気バルブＢ（２ｂ）も閉じている。

吸気バルブＢ（３ｂ）は、吸気バルブＡ（３ａ）よりも後から燃焼室に空気を流入させ、ピストンが上がり始めて空気が圧縮されつつあるときに、さらに燃焼室に空気を導入する。すなわち、圧縮行程において、一部の吸気バルブ５から空気を燃焼室に導入することになる。したがって、吸気バルブＡ（３ａ）よりも吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁時期を遅らせた後に、吸気バルブＢ（３ｂ）を介して空気を燃焼室に導入させるためには、吸気バルブＡ（３ａ）を介して導入させたときよりも、高い圧力で空気を導入する必要がある。すなわち、開弁時期を遅らせた方の吸気バルブから空気を導入する場合には、過給機（不図示）及びスロットルバルブ２１によりエンジン１へ強制的に送り込まれる圧縮された空気の圧力（「過給圧」または「ブースト圧」と称する）を、先に開弁されて導入された空気のブースト圧よりも高めて、空気を導入する。

図４は、エンジン制御部１６による処理の一例を示すフローチャートである。エンジン制御部１６は、外部からのエンジン始動命令に基づいて、始動装置の駆動を開始する（Ｓ１）。始動装置は、エンジン１を始動させるきっかけを与える装置であり、例えば、エンジン始動のためにクランクシャフトを駆動させるスターターモータ、電気を作り出す交流発電機であるオルタネータ、バッテリー等を含む。

エンジン制御部１６は、触媒温度センサ１５から、検出された触媒温度を取得する（Ｓ２）。エンジン制御部１６は、触媒温度が所定の閾値より低いか否かを判定する（Ｓ３）。触媒温度が所定の閾値より低いと判定した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、エンジン制御部１６は、吸気行程において吸気バルブＡ（３ａ）の開閉動作を行うように可変動弁装置６を制御すると共に、燃料噴射を行うようにインジェクタ８ａを制御する（Ｓ４）。吸気行程（後期）〜圧縮行程において、エンジン制御部１６は、吸気バルブＢ（３ｂ）の開閉動作を行うと共に、燃料噴射を行うようにインジェクタ８ｂを制御する（Ｓ５）。ステップＳ４，Ｓ５の詳細は、例えば、図３で説明した通りである。

吸気バルブＢ（３ｂ）が閉弁してピストンが上死点に到達し（圧縮行程後）、ピストンが下がり始めてから下死点に到達するまでの間の予め設定したタイミングで、エンジン制御部１６は、燃焼室内の混合気に点火プラグ１１により点火するように制御する（Ｓ６）。これにより、点火プラグ１１が点火し、圧縮された混合気が燃焼する。すると、高温高圧の燃焼ガスとなって、ピストンを下死点まで押し下げながら膨張する。それから、排気行程において、排気バルブ５ａ，５ｂが開き、下死点にあるピストンが再び上死点まで上昇し、燃焼ガスが排気ガスとして排気バルブ５ａ，５ｂから排出され、排気管１４を通って、触媒コンバータ１２に導入される。これにより、排気触媒の暖機が行われる。

エンジン制御部１６は、再度触媒温度センサ１５から触媒温度を取得する（Ｓ７）。触媒温度が所定の閾値より低い間、エンジン制御部１６は、Ｓ４〜Ｓ７の処理を繰り返す。Ｓ４〜Ｓ７の処理を繰り返した結果、触媒温度が所定の閾値以上となった場合（Ｓ３：ＮＯ）、エンジン制御部１６は、全ての吸気バルブ３（３ａ，３ｂ）を行うように可変動弁装置６を制御する（Ｓ８）。本フローにより、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がない場合と比べて、点火プラグ１１による点火時期を遅らせることにより燃焼時期を遅らせても安定した燃焼をさせることができる。また、燃焼時期を遅らせているため、排気温度が上昇する。その結果、排気触媒に温度の高い排気ガスが送られるため、触媒の暖機を早めることができる。

一般に、点火プラグ１１による点火時期を遅くすると、エンジン１から触媒コンバータ１２へと排出されるガスの温度が上昇し、触媒コンバータ１２内の触媒の暖気を早めることができる。しかしながら、点火プラグ１１による点火時期を遅くすると、エンジン１の燃焼室内での燃焼が安定せず、燃焼にばらつきが生じることになる。そこで、エンジン制御部１６は、例えば図４で説明した処理によって、図３で説明したバルブタイミングを実現（吸気バルブの一部の開弁を遅角化）することで、燃焼ガスの流れの乱れを生じさせて燃焼安定性を増すと共に、点火プラグ１１による点火時期を遅角化して、エンジン１から触媒へ排出されるガスの温度を上昇させる。

このように、２以上ある吸気バルブのうち少なくとも１つのバルブを遅らせて開き、一部のガスを吸気行程の後期に吸気することで、圧縮膨張行程の後期まで筒内にガスの流れの乱れを残すことができる。これによって、燃焼速度が上がるために燃焼期間が短縮され、点火時期を遅角しても安定した燃焼を保つことができる。

以上説明したように、第１実施形態によれば、エンジン制御部１６は、触媒温度センサ１５からの検知結果に基づいてエンジン１の始動後に触媒コンバータ１２内の触媒の温度が所定の閾値より低いと判定した場合に、可変動弁装置６を制御することで、吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁時期を吸気バルブＡ（３ａ）よりも遅らせている（遅角化している）。これによって、筒内のガスの流れの乱れを増加させることができる。そのため、点火プラグ１１による点火時期を遅らせることで燃焼時期を遅らせた場合であっても、安定した燃焼を保つことができる。このように燃焼時期を遅らせることは、排気温度の上昇に繋がる。その結果、第１実施形態によれば、排気触媒に温度の高い排気ガスが送られるため、触媒の暖機を早めることができる。

なお、第１実施形態の変形例として、エンジン制御部１６は、遅角化して吸気バルブＢ（３ｂ）から導入するガスのブースト圧を、吸気バルブＡ（３ａ）から導入するガスのブースト圧よりも高くしない、すなわち、吸気バルブＡ（３ａ）から導入するガスのブースト圧と吸気バルブＢ（３ｂ）から導入するガスのブースト圧を同じになるように制御してもよい。この場合、遅角された吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁により燃料室に入る空気量が、進角側の吸気バルブＡ（３ａ）の開弁時よりも減るが、それでも燃料室に流入する空気の乱れは生じる。そのため、燃焼安定性が増し、排気温度を上げることができる。その結果、排気触媒に温度の高い排気ガスが送られるため、触媒の暖機を早めることができる。吸気バルブＡ（３ａ）の開弁のときに導入する空気、及び吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁のときに流入する空気の量は、任意とすることができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態におけるエンジンの平面概略図である。図５は、図２のエンジン１において、先に開く吸気バルブＡ（３ａ）側の吸気ポートＡ（２ａ）の近傍に、さらにスロットル弁（スロットルバルブ）３１を設けたエンジン１である。エンジン制御部１６はスロットルバルブ３１を絞ることで、吸気バルブＡ（３ａ）から導入されるガス量を制限することができる。これにより、吸気バルブＡ（３ａ）から導入されるガス量を少なく、吸気バルブＢ（３ｂ）から導入されるガス量を多くすることができる。その結果、吸気バルブＡ（３ａ）から導入されるガスのブースト圧よりも吸気バルブＢ（３ｂ）から導入されるガスのブースト圧を高めることができる。

第２実施形態の変形例として、エンジン制御部１６は、スロットルバルブ３１を用いずに、過給機及びスロットルバルブ２１の駆動タイミングを調整することで、吸気バルブＡ（３ａ）から導入されるガス量を少なく、吸気バルブＢ（３ｂ）から導入されるガス量を多くするようにしてもよい。すなわち、エンジン制御部１６は、吸気バルブＡ（３ａ）の開弁時よりも吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁時に過給機の出力を上げる、スロットルバルブ２１を全開にしてブースト圧差をつける、等を行ってもよい。

このように、第２実施形態によれば、吸気バルブＢ（３ｂ）から導入されるガス量を多くする、またはガスの流れを速めることができるので、筒内のガスの流れの乱れをより増加させることができる。これによって、より点火プラグ１１による点火時期を遅らせることにより燃焼時期を遅らせても、安定した燃焼を実現することができ、排気温度を上げることができる。その結果、排気触媒に温度の高い排気ガスが送られるため、触媒の暖機を早めることができる。

＜第３実施形態＞
第３実施形態では、遅角化した吸気弁Ｂ（３ｂ）側の開弁期間Ｔｂを、進角側で開く吸気バルブＡ（３ａ）の開弁期間Ｔａよりも短くしている。ここで、第３実施形態におけるエンジンは、一例として図５のエンジン１を用いる。すなわち、エンジン制御部１６は、スロットルバルブ３１を調整して、開弁を遅角化させた吸気バルブＢ（３ｂ）から導入するガスのブースト圧が進角側の吸気バルブから導入するガスのブースト圧よりも高くなるように制御する。

図６は、第３実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。図６に示すように、エンジン制御部１６は、遅角化した吸気弁Ｂ（３ｂ）側の開弁期間Ｔｂを、進角側で開く吸気バルブＡ（３ａ）の開弁期間Ｔａよりも短くなるように調整する。このとき、図６の例では、バルブリフト量は、吸気バルブＡ（３ａ）も吸気バルブＢ（３ｂ）も同じである。このように、遅角化した吸気弁Ｂ（３ｂ）側の開弁期間Ｔｂを短くする場合、進角側で吸気弁Ａを開く際と同じガス量を導入しようとすると、ガス導入の速度を速くすることになる。

そこで、第２実施形態で述べたように、エンジン制御部１６は、過給機及びスロットルバルブ２１，３１を調整して、進角で開く吸気バルブＡ（３ａ）の開弁時よりも遅角で開く吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁時のブースト圧を高めるように制御する。これによって、より燃焼室に導入されるガスの流れを速めてガスの流れの乱れを増すことができる。そのため、点火プラグ１１による点火時期を遅らせることにより燃焼時期を遅らせることができ、排気温度を上げ、触媒の暖機を早めることができる。

＜第４実施形態＞
第４実施形態では、遅角化した吸気バルブ側の最大リフト量を、進角側の吸気バルブの最大リフト量よりも小さくして吸気を行うエンジンの制御について説明する。ここで、第４実施形態におけるエンジンは、一例として図５のエンジン１を用いる。すなわち、エンジン制御部１６は、スロットルバルブ３１を調整して、開弁を遅角化させた吸気バルブから導入するガスのブースト圧が進角側の吸気バルブから導入するガスのブースト圧よりも高くなるように制御する。

図７は、第４実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。図７に示すように、エンジン制御部１６は、遅角化した吸気弁Ｂ（３ｂ）の最大リフト量Ｌｂを、進角側で開く吸気バルブＡ（３ａ）の最大リフト量Ｌａよりも小さくするように、可変動弁装置６を制御する。これによって、より燃焼室に導入されるガスの流れを速めてガスの流れの乱れを増すことができる。そのため、点火プラグ１１による点火時期を遅らせることにより燃焼時期を遅らせることができ、排気温度を上げ、触媒の暖機を早めることができる。

＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態における吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングの一例を示す図である。ここで、第５実施形態におけるエンジンは、一例として図５のエンジン１を用いる。すなわち、エンジン制御部１６は、スロットルバルブ３１を調整して、開弁を遅角化させた吸気バルブから導入するガスのブースト圧が進角側の吸気バルブから導入するガスのブースト圧よりも高くなるように制御する。

第１〜第４実施形態では、吸気バルブＡ（３ａ）の閉弁のタイミングと吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁のタイミングとをオーバーラップさせていたが、第５実施形態では、例えば図８に示すように、エンジン制御部１６は、吸気バルブＡ（３ａ）を閉じた後に吸気バルブＢ（３ｂ）を開くように制御してもよい。なお、吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁を遅角化する場合、遅角化した吸気弁の閉弁は、遅くともピストンがＴＤＣに到達するまで、すなわち圧縮行程の終了までに行うのが好ましい。

＜効果例＞
図９は、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差を付けた場合と付けない場合とにおいて、点火時期と排気温度との関係の比較結果を示す図である。なお、図９は、第４実施形態（図７）の条件で行った場合の実験結果である。吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がない場合の点火ポイントをＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で表す。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４それぞれにおける点火時期を、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４で表す。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４それぞれにおける排気温度を、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３、Ｔ４で表す。吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある場合の点火ポイントをＰ１１、Ｐ１２、Ｐ１３で表す。Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３それぞれにおける点火時期を、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３で表す。Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３それぞれにおける排気温度を、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３で表す。

まずは、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がない方のグラフについて説明する。吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がない場合でも、点火時期が後になるほど、排気温度は上昇する。たとえば、Ｐ１とＰ２に着目しても、Ｐ２はＰ１よりも点火時期が遅いが（ｔ１＜ｔ２）、排気温度は上がっている（Ｔ１＜Ｔ２）。これは、Ｐ２とＰ３との間、及びＰ３とＰ４との間でも同様である。ただし、点火遅角の限界が存在し、図９の例では、ｔ４までしか点火時期を遅らすことができない。

次に、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある方のグラフについて説明する。ここでは、一例として図５のエンジン１を用い、図７のバルブタイミングで吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作を行うエンジン制御部１６は、スロットルバルブ３１を調整して、開弁を遅角化させた吸気バルブから導入するガスのブースト圧が進角側の吸気バルブから導入するガスのブースト圧よりも高くなるように制御する。吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある場合でも、点火時期が後になるほど、排気温度は上昇するが、位相差がない方の点火ポイントと比較すると、対応する点火ポイントにおいていずれの時点においても、点火時期が遅角しており、かつ排気温度は高い。吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある場合でも、点火遅角の限界が存在し、図９の例では、ｔ１３までしか点火時期を遅らすことができない。

ここで、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある場合とない場合とでの点火遅角の限界点Ｐ４，Ｐ１３に着目してみる。点火遅角の限界点は、位相差がない場合にはｔ４までしか点火時期を遅角させることができないが、位相差がある場合にはｔ１４まで点火時期を遅角させることができる。点火遅角の限界点において、排気温度は、位相差がない場合にはＴ４までしか上昇しないが、位相差がある場合にはＴ１３まで上昇することができる。図９の例では、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がない場合には点火は、ピストンがＴＤＣに到達した場合に行われるとした。それに対して、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差がある場合には点火は、ピストンがＴＤＣを越えて下り始めてから下死点に到達するまでの間のいずれかのタイミングで行われるとした。

このように、同じ点火時期では、吸気バルブＡ、Ｂの開閉動作のタイミングに位相差を付けない方が、燃焼時間が長いためにガス温度は高くなるが、位相差を付けた場合には点火時期を遅らせても安定した燃焼をさせることができることがわかる。そのため、排気温度が最も高くなる遅角限界で比較すると、位相差を付けた方が安定した燃焼をさせることができることがわかる。なお、図９は、第４実施形態（図７）の条件における実験結果であるが、第１〜第３実施形態及び第５実施形態においても、同様の結果（効果）が得られる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上記第１〜第５実施形態では、内燃機関の制御システムの構成の一例を示した。しかし、内燃機関の制御システムの構成は種々の変形が可能である。例えば、エンジン１としては、ポート噴射式エンジンに代えて直噴式エンジンを用いてもよい。例えば、上記第１〜第５実施形態では、吸気ポート、吸気管、吸気バルブがそれぞれ２つづつ設けられたエンジンについて説明したが、これに限定されず、吸気ポート、吸気管、吸気バルブがそれぞれ３以上設けられたエンジンを用いてもよい。また、この場合、例えば吸気バルブＡのタイミングで一部の弁の開閉を制御し、吸気バルブＢのタイミングで残りの弁の開閉を制御してもよい。また、例えば、吸気バルブＡ，Ｂ，Ｃというように、３段階以上に弁の開閉タイミングをずらして行ってもよい。

上記第１実施形態では、エンジン制御部１６による処理の一例を示した。しかし、エンジン制御部１６による処理は、種々の変更が可能であり、説明した各ステップの一部を省略してもよく、図示しない他のステップを追加してもよい。例えば、図４のステップＳ５及びＳ６におけるバルブタイミング、及び、点火タイミングは種々の変形が可能である。例えば、エンジン制御部１６は、吸気バルブＢが閉弁した後、圧縮行程後のピストンが下死点に到達するまでの間の任意のタイミングで点火させればよく、例えば、エンジン制御部１６は、吸気バルブＢの閉弁後、ピストンが上死点に到達するまでの間、すなわち圧縮行程中において、点火させてもよい。例えば、図４のステップＳ５において、開弁を遅角化させた吸気バルブからのガスのブースト圧や、開弁を遅角化させた吸気バルブの開弁期間やバルブリフト量、開弁時期を調整することにより、図４で説明した処理を第２〜第５実施形態に適用することができる。

上記第３〜第５実施形態では、図５で説明したエンジン１（すなわち、スロットルバルブ３１を調整することで、遅角側の吸気バルブＢから導入するガスのブースト圧を高くするエンジン）を利用する場合を例示した。しかし、上記第３〜第５実施形態では、図２で説明したエンジン１（スロットルバルブ３１を備えないエンジン）を用いてもよい。この場合、吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁で燃料室に入るガス量は減少するが、それでも流入する空気の乱れを生じさせることができるため、燃焼安定性が増し、上記各実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、吸気バルブＡ（３ａ）の開弁のときに導入する空気、及び吸気バルブＢ（３ｂ）の開弁のときに流入する空気の量は、任意とすることができる。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１００…内燃機関の制御システム
１…エンジン
２（２ａ，２ｂ）…吸気ポート
３（３ａ，３ｂ）…吸気バルブ
４（４ａ，４ｂ）…排気ポート
５（５ａ，５ｂ）…排気バルブ
６…可変動弁装置
７…カムシャフト
８…インジェクタ
９…水温センサ
１０…クランク角センサ
１２…触媒コンバータ
１３…吸気管
１４…排気管
１５…触媒温度センサ
１６…エンジン制御部
２１，３１…スロットルバルブ

Claims (7)

1. 燃焼室を含む機関本体と、前記燃焼室への吸気を調整する複数の吸気弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火部とを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記複数の排気弁を開弁及び閉弁させる可変動弁機構と、
   前記少なくとも１つの吸気弁の開弁時期を、前記少なくとも１つの吸気弁以外の他の吸気弁の開弁時期より遅角化させるように前記可変動弁機構を制御すると共に、前記少なくとも１つの吸気弁が閉弁後、遅くとも圧縮行程後のピストンが下死点に到達するまでの間に点火するよう前記点火部を制御する制御部と、
   を備える、内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、さらに、
   前記少なくとも１つの吸気弁からの吸気の過給圧が、前記他の吸気弁からの吸気の過給圧よりも高くなるよう制御する過給圧制御部
   を備える、内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、さらに、
   吸気した空気を前記燃焼室に導入する吸気経路であって、複数又に分岐されて前記燃焼室に連結し、前記複数又に分岐した吸気経路それぞれに前記吸気弁が設けられた前記吸気経路を備え、
   前記過給制御部は、前記分岐した吸気経路のうち、前記他の吸気弁が設けられている側へ分岐した経路に設けられたスロットル弁である、内燃機関の制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記制御部は、前記少なくとも１つの吸気弁の開弁期間が、前記他の吸気弁の開弁期間よりも短くなるように前記可変動弁機構を制御する、内燃機関の制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記制御部は、前記少なくとも１つの吸気弁の最大リフト量を、前記他の吸気弁の最大リフト量よりも小さくなるように前記可変動弁機構を制御する、内燃機関の制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、さらに、前記燃焼室に直接または間接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える、内燃機関の制御装置。
7. 燃焼室を含む機関本体と、前記燃焼室への吸気を調整する複数の吸気弁と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火部とを有する内燃機関を、制御部により制御する内燃機関の制御方法であって、
   前記制御部により、前記複数の排気弁を開弁及び閉弁させる可変動弁機構を制御して前記少なくとも１つの吸気弁の開弁時期を、前記少なくとも１つの吸気弁以外の他の吸気弁の開弁時期より遅角化させると共に、前記少なくとも１つの吸気弁が閉弁後、遅くとも圧縮行程後のピストンが下死点に到達するまでの間に点火するよう前記点火部を制御する、内燃機関の制御方法。

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