JP4254498B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気弁、排気弁の開閉タイミングを可変する可変動弁系システムを備えた内燃機関に適用して好適である。

従来から、内燃機関で発生するノッキングを抑制するため、ノッキング発生時に点火時期を制御する方法が知られている。例えば、特開２００１−２３４８０１号公報には、ノッキング発生時に点火遅角制御を実施するとともに、吸気弁の開閉時期を遅角させる技術が開示されている。

特に、近時においては、機関効率の上昇、機関出力の増大のため、機関の圧縮比がより高くなり、また過給機が機関に組み合わされる場合が多いため、以前にも増してノッキングが起こり易い状況となっている。従って、点火遅角制御によるノッキング抑制の重要度がより高くなる傾向にある。

特開２００１−２３４８０１号公報 特開平９−２８７４２３号公報 特開２００１−２８９０７６号公報 特公平６−５２０５１号公報 特開平１１−１３５２１号公報

ところで、上記のように点火遅角制御が実行された場合は、燃焼時期が遅角側へ変化するとともに燃焼速度が低下し、点火遅角制御が実行されない場合に比して排気弁開弁時の筒内圧力が増大する。筒内圧力は排気弁を閉弁させるように作用するため、上記のように筒内圧力が増大すると排気弁が開弁し難くなる。その結果、排気弁の開弁駆動に要する駆動力が増大し、燃費の悪化を招く場合がある。

この発明は、上記したような問題を解決するためになされたものであり、ノッキング抑制に伴う点火遅角制御が実行された場合に、排気弁の開弁駆動に要する駆動力を最小限に抑え、燃費の悪化を抑制することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、ノッキングの発生時に点火時期を遅角側に制御する点火時期制御手段と、点火時期を遅角側に制御した場合に、排気弁の開弁時期を遅角側に制御する排気弁制御手段と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、上記の目的を達成するため、気筒別にノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、気筒別に点火時期を制御する点火時期制御手段と、気筒別に排気弁の開弁時期を制御する排気弁制御手段と、を備え、ノッキングが発生した気筒の点火時期及び排気弁の開弁時期を遅角側に制御することを特徴とする。

第３の発明は、上記の目的を達成するため、気筒別にノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、気筒別に点火時期を制御する点火時期制御手段と、気筒別に排気弁の開弁時期を制御する排気弁制御手段と、各気筒で発生する出力を気筒別に制御する出力制御手段と、を備え、ノッキングが発生した場合は、ノッキングが発生した気筒の点火時期及び排気弁の開弁時期を遅角側に制御するとともに、ノッキングが発生していない気筒の出力を増加させることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれかにおいて、排気弁の開弁時期の上限値及び下限値を記憶する記憶手段を備え、前記排気弁制御手段は、前記上限値及び前記下限値の範囲内で前記排気弁の開弁時期を制御することを特徴とする。

第５の発明は、上記の目的を達成するため、筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、排気弁の開弁時に前記筒内圧と所定のしきい値とを比較する比較手段と、前記筒内圧が前記所定のしきい値以下である場合に、排気弁を開弁する排気弁制御手段と、を備えたことを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、前記筒内圧が前記所定のしきい値以下となったタイミングが、最大トルクを発生させる所定のクランク角よりも進角側であるときは、前記タイミングで排気弁を開弁することなく、前記所定のクランク角で排気弁を開弁することを特徴とする。

第１の発明によれば、点火時期を遅角側に制御した場合は、排気弁の開弁時期を遅角側に制御するため、筒内圧が高くなる時期と排気弁の開弁時期を相違させることが可能となる。従って、排気弁の開弁駆動に必要となる駆動力を低減することができる。

第２の発明によれば、ノッキングが発生した気筒の点火時期及び排気弁の開弁時期のみを遅角側に制御するため、点火時期及び開弁時期を遅角させたことによる燃焼効率の低下を最小限に抑えることが可能となる。

第３の発明によれば、ノッキングが発生していない気筒の出力を増加させることにより、ノッキングが発生した気筒で点火時期及び開弁時期を遅角させたことによる出力の低下を、ノッキングが発生していない気筒の出力で補償することが可能となる。したがって、点火時期及び開弁時期の遅角制御による機関出力低下を抑止することができる。

第４の発明によれば、排気弁の開弁時期の上限値及び下限値を予め記憶させておき、上限値及び下限値の範囲内で排気弁の開弁時期を変更することで、開弁時期が過度に進角側または遅角側に設定されることを回避でき、熱損失やポンプ損失の増加を抑制することが可能となる。

第５の発明によれば、排気弁の開弁時に筒内圧と所定のしきい値とを比較し、筒内圧が所定のしきい値以下である場合に排気弁を開弁するため、排気弁の開弁時に筒内圧による大きな荷重が排気弁に加わることを回避できる。従って、排気弁の開弁駆動に必要となる駆動力を低減することができる。

第６の発明によれば、筒内圧が所定のしきい値以下となったタイミングが、最大トルクを発生させるクランク角よりも進角側であるときは、そのタイミングで排気弁を開弁することなく、最大トルクを発生させるクランク角で排気弁を開弁するため、開弁時期が過度に進角側に設定されることを回避でき、機関出力の低下を抑制することができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の各実施の形態にかかる内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。図１に示すように、内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６を収納するエアフィルタボックスには、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。また、排気通路１４には排気浄化触媒３２が配置されている。

エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。吸気温センサ１８は、エアフロメータ２０近傍の吸気通路１２に設けても良い。エアフロメータ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の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、アクセル開度全閉をトリガにしてオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。

スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。サージタンク２８の近傍には、吸気通路１２の圧力（吸気管圧力）を検出する吸気管圧センサ２９が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、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３０が配置されている。

内燃機関１０の各気筒はピストン３４を備えている。ピストン３４には、その往復運動によって回転駆動されるクランク軸３６が連結されている。車両駆動系と補機類（エアコンのコンプレッサ、オルタネータ、パワーステアリングのポンプ等）は、このクランク軸３６の回転トルクによって駆動される。クランク軸３６の近傍には、クランク軸３６の回転角を検出するためのクランク角センサ３８が取り付けられている。

また、内燃機関の各気筒は、吸気弁４６、および排気弁４８を備えている。本実施形態において、吸気弁４６、および排気弁４８は電磁駆動弁(ECV)により構成されている。

内燃機関１０のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノッキングセンサ４１が取り付けられている。ノッキングセンサ４１は、振動ピックアップ、イオン電流プローブ等から構成され、内燃機関１０の各気筒で発生したノッキングを検出する。また、内燃機関１０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４２が取り付けられている。

また、内燃機関１０の所定の気筒には、筒内の圧力（筒内圧）を検出するための筒内圧センサ４４が設けられている。なお、後述するように、実施の形態１では筒内圧センサ４４を用いることなく制御が可能である。

図１に示すように、本実施形態の制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０、吸気弁４６、排気弁４８などが接続されている。

図２は、吸気弁４６および排気弁４８として使用される電磁駆動弁の構成を示す断面図である。吸気弁４６および排気弁４８は、バルブ５０を備えている。バルブ５０のバルブフェース５０ａが、内燃機関の吸気ポートまたは排気ポートに設けられたバルブシート５２に着座し、またはバルブシート５２から離座することにより、吸気弁４６、排気弁４８が開閉する。

バルブ５０のバルブステム５０ｂは、バルブガイド５４により軸方向に摺動可能な状態で保持されている。バルブステム５０ｂの上部には、アマーチャシャフト５７が配置され、アマーチャシャフト５７には、アマーチャ５６が固定されている。アマーチャ５６は、軟磁性材料で構成された円板状の部材である。アマーチャ５６の上方には、所定距離だけ離間してアッパコア５８が配置されている。また、アマーチャ５６の下方には、所定距離だけ離間してロアコア６０が配置されている。そして、アッパコア５８にはアッパコイル６２が設けられ、ロアコア６０にはロアコイル６４が設けられている。

バルブステム５０ｂは、ロアスプリング６８により図２中の上方に付勢されている。また、アマーチャシャフト５７は、アッパスプリング６６により図２中の下方に付勢されている。その結果、バルブステム５０ｂの上端部にアマーチャシャフト５７が当接している。そして、アッパコイル６２、ロアコイル６４に通電がなされない場合のアマーチャ５６の位置がアッパコア５８とロアコア６０の中間位置となるように、アッパスプリング６６とロアスプリング６８の釣り合い状態が設定されている。

図２の構成において、アッパコア５８の周囲には、アッパコア５８とアマーチャ５６とそれらの間に形成されるエアギャップとからなる磁気回路が形成される。従って、アッパコイル６２に電流が流されると、磁気回路中を磁束が還流し、エアギャップを小さくする方向、すなわちアマーチャ５６を上方へ変位させる方向の電磁力が発生する。一方、ロアコイル６４の周囲には、ロアコア６０とアマーチャ５６とそれらの間に形成されるエアギャップとからなる磁気回路が形成される。従って、ロアコイル６４に電流が流されると、同様の原理から、アマーチャ５６を下方へ変位させる方向の電磁力が発生する。

従って、アッパコイル６２とロアコイル６４に交互に電流を流すことにより、アマーチャ５６を上下に往復駆動することができ、バルブ５０を開閉方向に交互に駆動することが可能となる。ＥＣＵ４０は、吸気弁４６、排気弁４８の開閉タイミングを決定し、電磁駆動弁制御回路（図１において不図示）を介してアッパコイル６２およびロアコイル６４への通電を制御することにより、吸気弁４６および排気弁４８を所望のタイミングで駆動する。

本実施形態の制御装置は、ノッキングコントロールシステム（KCS; Knock Control System）を備えており、ノッキングセンサ４１によりノッキングが検出されると、点火時期を遅角側にシフトする制御を行う。また、ノッキングが検出されない場合は、点火時期を進角側にシフトする制御を行う。このように、ノッキングの発生を抑えた状態で点火時期をできるだけ進角側に設定することで、筒内の燃焼状態を最も良好な状態に保つことができる。

図３（Ａ）は、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を可変した場合に、圧縮〜燃焼〜排気行程において筒内圧が変動する様子を示す特性図である。図３（Ａ）において、横軸はクランク角θを、縦軸は筒内圧Ｐ（θ）を示している。図３（Ａ）の横軸において、ＴＤＣは圧縮上死点（θ＝０）を示しており、ＢＤＣは燃焼行程終了時の下死点を示している。

図３（Ａ）中に点線で示す特性は、ノッキングが発生しない状態で点火時期を最も進角側に設定した場合の筒内圧を示している。この場合、筒内の燃焼状態は最も良好となり、クランク角θ_１の位置で点火が行われた直後から筒内圧Ｐ（θ）は急激に上昇し、ピークに到達した後、速やかに減少する。

図３（Ａ）中に実線で示す特性は、ノッキングセンサ４１でノッキングが検出された場合に、点火時期をθ_１よりも遅角側にシフトして、クランク角θ_２の位置で点火を行った場合の筒内圧Ｐ（θ）の変動を示している。この場合、燃焼時期が遅角側へシフトし、且つ燃焼速度が低下するため、破線で示した特性に比べて筒内圧Ｐ（θ）の上昇及び低下が緩慢となり、その結果、膨張行程下死点近傍における筒内圧Ｐ（θ）も破線の特性に比して高くなる。

図３（Ｂ）は、排気弁４８のリフト量とクランク角θの関係を示す特性図である。図３（Ｂ）の横軸（クランク角θ）は、図３（Ａ）の横軸と対応している。本実施形態では、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を可変した場合に、排気弁４８を開くタイミングを可変する。すなわち、図３（Ｂ）に破線で示す排気弁４８のリフトは、クランク角θ_１で点火を行った図３（Ａ）の破線の特性に対応している。また、図３（Ｂ）に実線で示す排気弁４８のリフトは、クランク角θ_２で点火を行った図３（Ｂ）の実線の特性に対応している。

クランク角θ_１の位置で点火を行った場合、図３（Ｂ）に示すように、クランク角θ_３の位置で排気弁４８が開かれる。この場合、クランク角θ_３の位置で既に筒内圧Ｐ（θ）が十分に低下しているため、排気弁４８を開く際に、筒内圧Ｐ（θ）による大きな外力が排気弁４８に加わることはない。

一方、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を遅角側にシフトした場合、図３（Ａ）中に実線で示すように、クランク角θ_３の位置では、筒内圧Ｐ（θ）が依然として高い状態にある。この状態で排気弁４８を開くと、排気弁４８に筒内圧Ｐ（θ）による過度な外力が加わり、排気弁４８を駆動するために大きな力が必要となる。

吸気弁４６、排気弁４８を電磁駆動弁で構成した場合、各バルブ５０のリフト量、リフト速度等に応じて、アッパコイル６２、ロアコイル６４への電流値が制御される。筒内圧により排気弁４８に加わる荷重が増大している状態では、排気弁４８が開きにくくなるため、バルブ５０のリフト量、リフト速度がより小さくなる。従って、排気弁４８に所望の動作をさせるためには、アッパコイル６２、ロアコイル６４に流す電流を増大する必要が生じる。

更に、筒内圧によるバルブ５０への荷重が増大すると、排気弁４８が完全に開くまでの時間が長くなり、アッパコイル６２、ロアコイル６４への通電時間も増大することになる。従って、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を遅角側にシフトした場合に、クランク角θ_３の位置で排気弁４８を開こうとすると、排気弁４８を駆動するための消費電流が大幅に増大してしまう。

このため、本実施形態では、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を遅角側に可変した場合は、排気弁４８を開くタイミングを遅角制御し、図３（Ｂ）のクランク角θ_４の位置で排気弁４８を開くようにしている。図３（Ａ）中に実線で示す特性において、クランク角θ_４の位置では筒内圧Ｐ（θ）は十分に低下している。従って、クランク角θ_４の位置で排気弁４８を開くことにより、排気弁４８に筒内圧による大きな外力が加わることを抑止でき、排気弁４８を駆動するための消費電流を最小限に抑えることが可能となる。また、筒内圧Ｐ（θ）が十分に低下した状態で排気弁４８を開くことで、アッパコイル６２、ロアコイル６４への通電状態にバルブ５０の動きを確実に追随させることができ、脱調現象が発生することを抑止できる。従って、排気弁４８の開閉動作を正確かつ確実に行うことが可能となる。

次に、図４のフローチャートに基づいて、本実施形態の制御装置における処理の手順を説明する。図４は、内燃機関１０の各気筒別に、各サイクル毎に行われる処理を示している。先ず、ステップＳ１では、ノッキングセンサ４１により内燃機関１０の運転中にノッキングが発生しているか否かを判定する。ノッキングが発生している場合はステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を遅角側へシフトする制御を行う。次のステップＳ３では、点火時期を遅角側にシフトしたサイクルと同一サイクルの排気弁４８の開弁タイミングを遅角側にシフトして、排気弁４８の開弁タイミングを所定のクランク角（＝ＶＴ_ＥＸＯＰ）に設定する。次のステップＳ４では、ステップＳ３で設定したＶＴ_ＥＸＯＰの値が所定の上限値より大きいか否かを判定する。一例として、ここではＶＴ_ＥＸＯＰが下死点（ＢＤＣ）のクランク角より大きいか否か、すなわちＶＴ_ＥＸＯＰ＞１８０°ＣＡであるか否かを判定する。

ステップＳ４でＶＴ_ＥＸＯＰ＞１８０°ＣＡの場合、設定したＶＴ_ＥＸＯＰの値が上限値を超えているため、ステップＳ５でＶＴ_ＥＸＯＰをＢＤＣ（＝１８０°ＣＡ）の位置に設定する。そして、次のステップＳ１０では、ＢＤＣの位置で排気弁４８を開く。一方、ステップＳ４でＶＴ_ＥＸＯＰ≦１８０°ＣＡの場合は、ステップＳ４からステップＳ１０へ進み、ステップＳ３で設定したＶＴ_ＥＸＯＰのクランク角位置で排気弁４８を開く。このように、排気弁４８の開弁タイミングが、ＢＤＣの位置よりも遅角側に設定されないようにしておくことで、排気行程で排気が圧縮されることを抑止でき、出力ロスを最小限に抑えることができる。

ステップＳ１でノッキングが検出されない場合はステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を進角側へシフトする制御を行う。次のステップＳ７では、点火時期を進角側にシフトしたサイクルと同一サイクルの排気弁４８の開弁タイミングを進角側にシフトして、排気弁４８の開弁タイミングを所定のクランク角（＝ＶＴ_ＥＸＯＰ）に設定する。

次のステップＳ８では、ステップＳ７で設定したＶＴ_ＥＸＯＰの値が所定の下限値より小さいか否かを判定する。ここでは、最大トルクを発揮するクランク角（＝ＶＴ_マップ値）をＶＴ_ＥＸＯＰの下限値とし、ＶＴ_ＥＸＯＰ＜ＶＴ_マップ値であるか否かを判定する。

ステップＳ８でＶＴ_ＥＸＯＰ＜ＶＴ_マップ値の場合、設定したＶＴ_ＥＸＯＰの値が下限値より小さいため、ステップＳ９でＶＴ_ＥＸＯＰをＶＴ_マップ値に設定する。そして、次のステップＳ１０では、クランク角ＶＴ_マップ値の位置で排気弁４８を開く。一方、ステップＳ８でＶＴ_ＥＸＯＰ≧ＶＴ_マップ値の場合は、ステップＳ８からステップＳ１０へ進み、ステップＳ７で設定したＶＴ_ＥＸＯＰのクランク角位置で排気弁４８を開く。

図４のステップＳ３、ステップＳ７でＶＴ_ＥＸＯＰの値を設定する際には、前回のサイクルにおける排気弁４８の開弁タイミングに対して、所定のクランク角（例えば２°）だけ開弁タイミングをシフトする。また、ステップＳ３，Ｓ７における開弁タイミングのシフト量と所定パラメータとの関係を規定したマップを作成しておき、マップからシフト量を取得しても良い。この場合、所定パラメータとして、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン負荷（ＫＬ）、ステップＳ２、ステップＳ６における点火時期のシフト量、などを用いることが好適である。

図５は、エンジン回転数（Ｎｅ）とエンジン負荷（ＫＬ）との関係からＶＴ_マップ値を規定したマップを示す模式図である。なお、上述の説明では、ＶＴ_マップ値、ＶＴ_ＥＸＯＰを、圧縮上死点（ＴＤＣ）のクランク角を基準（θ＝０）としたクランク角で表しているが、図５では、ＶＴ_マップ値をＢＤＣの位置からの進角量で表している。図５に示すように、排気弁４８を開くタイミングは、エンジン回転数（Ｎｅ）毎、エンジン負荷（ＫＬ）毎に燃焼効率が最良となる所定の値に設定されている。図４のステップＳ８，Ｓ９によれば、排気弁４８を開くタイミングがＶＴ_マップ値よりも進角側に設定されることがないため、燃焼効率が低下してしまうことを抑止できる。

図４の処理によれば、サイクル毎に排気弁４８の開弁タイミングを変更できるため、ノッキングが発生したサイクルのみ排気弁４８の開弁タイミングを遅角側に可変することができる。従って、ノッキングが発生していないサイクルでは、排気弁４８の開弁タイミングを進角側の最適値に設定することができ、開弁タイミングの遅角制御による効率の悪化を最小限に抑えることができる。

なお、ノッキングが発生した気筒では、遅角制御により機関出力が若干低下するため、ノッキングが発生していない気筒の出力を増加させることが好適である。本実施形態では、吸気弁４６を電磁駆動弁で構成しているため、気筒別に吸気弁４６の開閉状態を制御することできる。従って、ノッキングが発生していない気筒の吸気弁４６を適宜に制御して吸入空気量を増加させるとともに、ノッキングが発生していない気筒への燃料噴射量を増量して、ノッキングが発生した気筒の出力の低下を補償することが望ましい。

以上説明したように実施の形態１によれば、ノッキングコントロールシステムにより点火時期を可変した場合は、排気弁４８を開くタイミングも可変するようにしたため、開弁時に排気弁４８にかかる筒内圧を最小限に抑えることができる。従って、排気弁４８の確実な動作が可能となり、排気弁４８を駆動する際の消費電流を最小限に抑えることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１に示すように内燃機関１０に筒内圧センサ４４を設けた場合、各行程における筒内圧Ｐ（θ）をモニタすることができる。実施の形態２では、筒内圧センサ４４により筒内圧Ｐ（θ）をモニタし、筒内圧Ｐ（θ）に応じて排気弁４８の開弁タイミングを定める。実施の形態２の基本的な構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態２は、ノッキングコントロールシステムを備えていない内燃機関１０に適用することも可能であるため、図１のノッキングセンサ４１は備えていなくても良い。

図６（Ａ）は、圧縮〜燃焼〜排気行程における筒内圧の変動と、排気弁４８を開く際の筒内圧の上限値を示す特性図である。図６（Ａ）中に実線で示す特性は、筒内圧センサ４４で検出された筒内圧Ｐ（θ）を示している。クランク角θ_５の位置で点火が行われると、筒内圧Ｐ（θ）は上昇し、ピークに到達した後、減少する。

図６（Ａ）中に一点鎖線で示す特性は、排気弁４８を開くクランク角位置における筒内圧Ｐ（θ）の上限値（＝Ｐ_設定値（θ））を示している。Ｐ_設定値（θ）の傾き、絶対値は、エンジン回転数（Ｎｅ）、エンジン負荷（ＫＬ）毎に予め定められており、例えばＥＣＵ４０のメモリ等に記憶されている。

図６（Ｂ）は、排気弁４８のリフト量とクランク角θの関係を示す特性図である。図６（Ｂ）の横軸（クランク角θ）は、図６（Ａ）の横軸と対応している。

本実施形態では、図６（Ａ）中に実線で示す筒内圧Ｐ（θ）をモニタし、燃焼行程の終了時に、筒内圧Ｐ（θ）がＰ_設定値（θ）よりも小さくなったクランク角θ_６の位置で排気弁４８を開く。これにより、筒内圧Ｐ（θ）が十分に低下した後に排気弁４８を開く制御が可能となり、排気弁４８に筒内圧による大きな外力がかかることを抑止できる。従って、実施の形態１と同様に、排気弁４８の確実な動作が可能となるとともに、排気弁４８を駆動するための消費電流を最小限に抑えることが可能となる。

なお、点火時期が進角している場合等においては、筒内圧Ｐ（θ）がＰ_設定値（θ）よりも小さくなるタイミングが過度に進角側となる場合がある。このような場合、排気弁４８を早く開きすぎると効率が低下するため、開弁タイミングのクランク角に下限値を設定しておくことが望ましい。そして、筒内圧Ｐ（θ）がＰ_設定値（θ）よりも小さくなるクランク角が下限値よりも小さいときは、下限値を限度として開弁タイミングを進角させないようにすることが好適である。

次に、図７のフローチャートに基づいて、本実施形態の制御装置における処理の手順を説明する。図７は、筒内圧センサ４４が設けられた気筒別に、各サイクル毎に行われる処理を示している。先ず、ステップＳ１１では、クランク角センサ３８で検出したクランク角に基づいて、現在のクランク角θが燃焼または膨張行程にあるか否かを判定する。具体的には、圧縮行程終了時のＴＤＣのクランク角位置をθ＝０とし、６０°＜θ＜１８０°であるか否かを判定する。ステップＳ１で６０°＜θ＜１８０°の場合は、ステップＳ１２へ進む。一方、６０°＜θ＜１８０°でない場合は処理を終了し（END）、次サイクルで再びステップＳ１１の判定を行う。

次のステップＳ１２では、筒内圧センサ４４により現在のクランク角θにおける筒内圧Ｐ（θ）を検出し、モニタする。次のステップＳ１３では、現在のクランク角θに対応したＰ_設定値（θ）をＥＣＵ４０のメモリ等から取得する。次のステップＳ１４では、ステップＳ１２で検出した筒内圧Ｐ（θ）とステップＳ１３で取得したＰ_設定値（θ）とを比較し、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）であるか否かを判定する。

ステップＳ１４でＰ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）の場合は、ステップＳ１５へ進む。この場合、筒内圧Ｐ（θ）がＰ_設定値（θ）よりも小さいため、排気弁４８の開弁に適した圧力まで筒内圧Ｐ（θ）が低下していると判断できる。一方、ステップＳ１４でＰ（θ）≧Ｐ_設定値（θ）の場合は、現時点のクランク角θの位置では筒内圧Ｐ（θ）が高く、排気弁４８の開弁に適していないため、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４でＰ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）の場合、筒内圧Ｐ（θ）は排気弁４８の開弁に適した圧力まで低下しているが、一方で、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となった現在のクランク角θが所定の下限値（＝ＶＴ_マップ値）よりも小さい場合、排気弁４８を早く開き過ぎると燃焼効率が低下することになる。従って、ステップＳ１５では、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となった現在のクランク角θが所定の下限値よりも遅角側にあるか否かを判定する。すなわち、ここではθ＞ＶＴ_マップ値であるか否かを判定する。なお、ＶＴ_マップ値は図５で説明したものと同様である。

ステップＳ１５でθ＞ＶＴ_マップ値の場合は、ステップＳ１６へ進む。この場合、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となった現在のクランク角θがＶＴ_マップ値よりも大きいため、現在のクランク角θがＶＴ_マップ値よりも進角側ではないと判断できる。従って、現在のクランク角θで排気弁４８を開いても燃焼効率が大きく低下することがないため、ステップＳ１６では排気弁４８を開弁するクランク角（＝ＶＴ_ＥＸＯＰ）を現在のクランク角θに設定し、次のステップＳ１８で排気弁４８を開く。

一方、ステップＳ１５でθ≦ＶＴ_マップ値の場合は、ステップＳ１７へ進む。この場合、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となった現在のクランク角θがＶＴ_マップ値以下であるため、現在のクランク角θがＶＴ_マップ値よりも進角側であると判断できる。この場合、現在のクランク角θで排気弁４８を開くと燃焼効率が低下するため、ステップＳ１７では、排気弁４８を開弁するクランク角ＶＴ_ＥＸＯＰをＶＴ_マップ値に設定する。そして、次のステップＳ１８では、クランク角がＶＴ_マップ値となった時点で排気弁４８を開く。

図７の処理によれば、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となった時点で排気弁４８を開くことができ、排気弁４８に加わる筒内圧Ｐ（θ）が十分に低下した状態で排気弁４８を開くことが可能となる。また、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となったクランク角が所定の下限値よりも小さい（進角側）場合は、ＶＴ_マップ値で排気弁４８を開くことにより、排気弁４８を開くタイミングが過度に進角側に設定されてしまうことを回避できる。

また、Ｐ（θ）＜Ｐ_設定値（θ）となったサイクルでは燃焼効率が低下していると考えられるが、図７の処理によれば、燃焼効率が低下しているサイクルのみ排気弁４８の開弁タイミングを遅角側にシフトするため、他のサイクルでは、排気弁４８の開弁タイミングを進角側の最適値に設定することができ、開弁タイミングの遅角制御による効率の悪化を最小限に抑えることができる。更に、燃焼状態が悪化していない気筒については、実施の形態１で説明したように出力を増加することが好適である。

以上説明したように実施の形態２によれば、筒内圧センサ４４により筒内圧Ｐ（θ）をモニタし、筒内圧Ｐ（θ）が所定の圧力Ｐ_設定値（θ）よりも低下した場合に排気弁４８を開くようにしたため、排気弁４８に筒内圧による外力が過度にかかることを抑止できる。従って、実施の形態１と同様に、排気弁４８の確実な動作が可能となり、排気弁４８を駆動する際の消費電流を最小限に抑えることができる。

なお、上述した各実施形態では、排気弁４８を電磁駆動弁から構成した例を示したが、本発明は、油圧駆動弁、カムバイワイヤーなど、他の可変動弁系システムを備えた内燃機関に広く適用することができ、これらのシステムにおいて排気弁の駆動力を最小限に抑えることが可能である。

本発明の各実施の形態にかかる内燃機関の制御装置及びその周辺の構造を示す模式図である。 吸気弁および排気弁として使用される電磁駆動弁を示す断面図である。 筒内圧及び排気バルブのリフト量と、クランク角との関係を示す特性図である。 実施の形態１の制御装置における処理の手順を示すフローチャートである。 排気バルブの開弁タイミング（ＶＴ_マップ値）を規定したマップを示す模式図である。 筒内圧及び排気バルブのリフト量と、クランク角との関係を示す特性図である。 実施の形態２の制御装置における処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

４０ ＥＣＵ
４１ ノッキングセンサ
４４ 筒内圧センサ
４８ 排気バルブ

Claims (1)

1. 筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   燃焼または膨張行程中に、前記筒内圧と所定のしきい値とを比較する比較手段と、
   前記筒内圧が前記所定のしきい値以下である場合に、電磁駆動式の排気弁を開弁する排気弁制御手段と、を備え、
   前記筒内圧が前記所定のしきい値以下となったタイミングが、最大トルクを発生させる所定のクランク角よりも進角側であるときは、前記タイミングで排気弁を開弁することなく、前記最大トルクを発生させる所定のクランク角で排気弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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