JP4273700B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変バルブタイミング機構を用いて吸排気弁のオーバラップ量を切換えて暖機促進を図る内燃機関の可変バルブタイミング制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内撚機関は温態時には出力向上や燃費低減を図るに適したモードで運転され、その際排気系に装備した触媒装置によって排気ガス中のHC,CO,NOxを無害化して大気に放出している。
ところが、内燃機関が冷態始動された場合、排気ガスや触媒装置の温度が低く、触媒は不活性のため浄化効率を十分に高められない。このため、冷態始動時には触媒の活性化のため暖機促進を優先する運転が必要となり、しかも、この暖機運転中における排気ガス中のHC,NOx排出量を抑えるための処理を行う必要がある。
【0003】
そこで、内燃機関の暖機運転時には、暖機促進を図る上で点火系では点火時期の遅角化により燃焼時期を遅らせて触媒に達する排気ガス温度を高温に維持することが行われている。更に、動弁系では吸排気弁の開閉時期の進角調整やオーバーラップ量の増減調整を行っている。ここで、オーバーラップ量の制御ではエンジン回転数と水温に応じて吸排気弁の目標オーバーラップ量を設定し、同値に実オーバーラップが一致するように可変動弁機構を制御している。
これにより、筒内の既燃ガスを吸気ポート側に押し戻して内部EGR機能を発揮させて筒内燃焼を抑制し、未燃燃料を排気管内で後燃えさせ、排ガス温度を高温化し、触媒装置の早期活性化を図ることが提案されており、その一例が、特開平11−336574号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、暖機促進を図る上で吸排気弁のオーバーラップ量の増減調整をしたとしても、経時的にエンジン運転状態が変化するのに応じて目標オーバーラップ量も変動し、切換え修正される。
このように暖機促進のためオーバラップ量を増大させた状態から運転状態の変化に応じて吸気弁及び排気弁の位相、即ち、吸気弁の開弁時期と排気弁の閉弁時期をそれぞれの目標位置に移動させると、その際に、オーバラップ量が過渡的により過大となる状況が発生する恐れがある。オーバラップ量が過渡的に過大となる状況が発生すると、例えば、排気弁の閉弁時期が吸気行程側に過度にオーバラップすると排気効率が低下し、吸気弁の開弁時期が排気行程側に過度にオーバラップすると体積効率が低下し、機関の運転状態が極めて不安定になる問題を生じる。
【0005】
このように暖機促進を図る上でオーバラップ量を十分な量に確保するとしても、これが過度に大きくなると、機関の運転状態が極めて不安定化し、機関の運転フィーリングが低下することよりその改善が望まれている。
本発明は、以上のような課題に基づき、機関の運転状態の不安定化を招くことなく、暖機促進のため吸排気弁のオーバラップ量を十分な量に確保することができる内燃機関の可変バルブタイミング制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、内燃機関の吸気弁の開弁時期を調節する吸気弁調整手段と、上記機関の排気弁の閉弁時期を調節する排気弁調整手段と、上記吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となる実オーバラップ期間を検出する実オーバラップ期間検出手段と、上記機関の運転状態に応じた吸気弁の目標開弁時期を設定する目標開弁時期設定手段と、上記機関の運転状態に応じた排気弁の目標閉弁時期を設定する目標閉弁時期設定手段と、上記機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、上記実オーバラップ期間検出手段から検出される実オーバラップ期間が上記目標開弁時期と目標閉弁時期から算出される目標オーバラップ期間に所定の許容値を加えた値に対して長く、且つ、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁するよう上記吸気弁調整手段及び排気弁調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
このように、機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、実オーバラップ期間が目標オーバラップ期間に対して所定範囲を越えて長い場合、即ち目標オーバラップ機関に対して実オーバラップ期間が過大な場合は、燃焼状態が不安定となるが、このような状況であって、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁制御するので、この切換え制御中に実オーバラップ期間が過渡的により過大になることを未然に防止することができ過渡時における機関の安定性が向上する。
【0007】
しかも、上記機関が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時に上記制御を実行するので、燃焼が不安定な条件下でも、効果的にアイドル安定性を確保しなから排ガス性能に有利なバルブタイミングを設定できる。この場合、上記制御は冷態始動後の所定期間後に実行するのがより好ましく、冷態始動時の排ガス性能を効果的に向上できる。この場合、目標開弁時期及び目標閉弁時期は機関の温度状態に応じて設定するのが好ましく、冷態始動時の排ガス性能を効果的に向上できる。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、実オーバラップ期間が上記目標オーバラップ期間に許容値を加えた値に対して短い場合は上記吸気弁を上記目標開弁時期とすると共に上記排気弁を上記目標閉弁時期とするよう上記両調整手段を同時に作動させることを特徴とする。
この場合、実オーバラップ期間が目標オーバラップ期間に許容値を加えた値に対して短い場合、即ち目標オーバラップ期間への調整過程で目標オーバラップ期間から大きく外れてオーバラップ期間が過大になる可能性が低い場合は、排気弁と吸気弁の両方を同時に目標時期に制御するので、迅速に目標状態を実現でき制御応答性を向上できる。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、上記機関が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時には、上記目標開弁時期設定手段が上記目標開弁時期を温態時よりも進角側に設定し、上記目標閉弁時期設定手段が上記目標閉弁時期を温態時よりも進角側に設定することを特徴とする。
この場合、燃焼安定性を確保し吸気ポートヘの未燃燃料の吹き戻し量を増大させてHC排出量を低減させることかでき、アイドル安定性を確保しながら排ガス性能を効果的に向上できる。
【0010】
請求項4の発明は、内燃機関の吸気弁の開弁時期を調節する吸気弁調整手段と、上記機関の排気弁の閉弁時期を調節する排気弁調整手段と、上記吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となる実オーバラップ期間を検出する実オーバラップ期間検出手段と、上記機関の運転状態に応じた吸気弁の目標開弁時期を設定する目標開弁時期設定手段と、上記機関の運転状態に応じた排気弁の目標閉弁時期を設定する目標閉弁時期設定手段と、上記機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、上記実オーバラップ期間検出手段から検出される実オーバラップ期間が上記目標開弁時期と目標閉弁時期から算出される目標オーバラップ期間に所定の許容値を加えた値に対して長く、且つ、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁制御し、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合には上記排気弁を目標閉弁時期に閉弁制御すると共に上記吸気弁を実開弁時期のままに開弁制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
この場合、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に排気弁を実閉弁時期のままに閉弁制御し、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合には排気弁を目標閉弁時期に閉弁制御すると共に吸気弁を実開弁時期のままに開弁制御するので、この切換え制御中に実オーバラップ期間が過渡的により過大になることを未然に防止することができ過渡時における機関の安定性が向上する。特に、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合に吸気弁を実開弁時期のままにするため、吸気弁の目標開弁時期への調整が遅れるので吸気ポートヘの未燃燃料の吹き返しによるHC低減効果を引き延ばして得ることができる。
【0011】
請求項5の発明は、請求項1又は4記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、上記機関は筒内燃料噴射式内燃機関であり、冷態始動後のアイドル運転時は少なくとも圧縮行程で燃料を噴射すると共に空燃比を理論空燃比近傍とすることを特徴とする。
この場合、圧縮行程で燃料を噴射することで安定した燃焼を得ることができ、空燃比を理論空燃比近傍とすることで低回転数化を実現できる。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の一実施形態としての内燃機関の可変バルブタイミング制御装置と、同装置を装備する内燃機関を示した。
図1に示した内燃機関は筒内噴射式エンジン(以後単にエンジンと記す)1は車両の駆動源として用いられ、その吸気系及び燃料供給系、点火系はコントローラ2によって制御されている。
エンジン1はシリンダブロック3内に複数の燃焼室4(図1では1つのみ記載した)を備え、同燃焼室4内のピストン5のリニア駆動をクランク軸6によって回転力に変換し、図示しない回転駆動系に伝達する。クランク軸ト6にはクランク角センサ7が対設され、クランク角センサ6によりクランク角Δθc信号をコントローラ2に出力しており、コントローラ2はクランク角Δθc信号に基きエンジン回転数Neを導出している。
【0013】
エンジン1のシリンダヘッド8には燃焼室4を開閉する吸排気弁v1、v2、燃料噴射9及び点火プラグ11が装着される。
この内、燃料噴射弁9には燃料供給系より等圧燃料が供給されており、コントローラ2内の燃料量制御部A1が後述するように、空燃比A/Fその他の運転状態より導出した燃料噴射量Tinj相当のパルス幅の燃料噴射出力D(Tinj)を受けて噴射作動をする。
【0014】
ここでエンジン1は筒内噴射式であり、燃料噴射時期や噴射回数に自由度がある。特に、ここで燃料量制御部A1は圧縮スラントリーンモードでの燃料噴射制御を行う。この圧縮スラントリーンモードでは筒内噴射を圧縮行程で行い、理論空燃比近傍リーン側の空燃比A/F(たとえば15,0)を保持して燃焼室4の成層燃焼を行う。この場合、成層混合気の不均一性に起因して、点火プラグ11近傍のみがリッチ化し、同領域からは高濃度のCOが生成され、それ以外のリーンな領域には余剰のO2が残存する。したがって、これらの排気ガス中にはCO、O2が共存し、これが後述の触媒コンバータ21上で酸化反応し、触媒活性促進に寄与する。
【0015】
なお、上述の圧縮スラントリーンモードに代えて、吸気行程時(60%)と圧縮行程時(40%)とに分けて噴射を行うことで、ノッキングを抑制して出力向上を図れる2段混合モードや、圧縮行程噴射と膨張行程噴射を行うことで排気ガス温度を上昇して暖機促進を早める2段噴射モードを用いることもできる。
点火系の点火プラグ11は点火回路12に接続され、点火回路12はコントローラ2内の点火制御部A2から後述するように点火時期IGTの信号を受けた際に、同点火時期IGTに点火出力DIGを点火プラグ11に発し、点火駆動する。
【0016】
吸気系はエアクリーナ13からの吸気を電子制御式のスロットルバルブ(以後単にETV14と記す)を装備する吸気管15を介してサージタンク16に導き、サージタンク16の吸気を吸気多岐管17を介し吸気弁v1の開時の燃焼室4に導くことができる。ETV14はコントローラ2内に設けられたスロットル弁駆動部A3から後述するように開弁出力Pobjを受けた際に、同弁開度に切換えるよう構成されている。
ETV14の回転軸にはスロットル開度センサ20が装着され、これより発せられるスロットル開度θs信号はコントローラ2に入力される。更に、吸気管15には吸入空気量Qaを検出するエアフローセンサ18が装着され、吸入空気量Qa信号はコントローラ2に入力される。
【0017】
排気系は排気管19の途中に触媒コンバータ21を装着し、同触媒コンバータの上流側に空燃比センサ22を装備する。空燃比センサ22は排ガス中の酸素濃度相当の空燃比A/F信号をコントローラ2に出力する。
触媒コンバータ21は内部に触媒担体211を介し三元触媒を配備し、これにより、排気ガスの空燃比A/Fをストイキオに調整し、触媒活性化が成された運転域において、排気ガス中のHC,CO,NOxを無害化処理し、大気中に放出できる。
吸排気弁v1、v2を駆動する動弁系はDOHC式であり、吸排カム25、26を備えた吸排カム軸23、24は吸排VVT機構27、28及び図示しないベルト回転伝達手段を介してクランク軸6の回転を伝達され、回転駆動する。
【0018】
吸気側VVT機構27は開弁時期θInpを調節する吸気弁調整手段であり、排気側VVT機構28が閉弁時期θInpを調節する排気弁調整手段であり、それぞれ、吸排カム軸23、24とクランク軸6との間の相対的な回転位相を調整可能な機能を備える(なお、特開昭61−190118号公報に一例が開示される)。
【0019】
吸気側及び排気側VVT機構27、28は、図示しない電動アクチュエータがコントローラ2の位相切換え出力D(δθc)を受けた際に、単位切換え量δθcだけクランク軸6に対して吸気側及び排気側カム軸21,22を進角側(+)或いは遅角側(−)に相対的に回動できる。この吸排カム軸21,22の位相切換えに合わせて吸排気弁v1、v2の開閉時期が遅角側或いは進角側に切換えられることとなる。
吸排カム軸23、24には、各軸の回転位置である開弁時期θInp、閉弁時期θExpを検出するための吸排カム位置センサ29、31が設けられる。
【0020】
コントローラ2はクランク角センサ7より単位クランク角Δθc及びエンジン回転数Neを、スロットル開度センサ20よりスロットル開度θsを、エアフローセンサ18より吸入空気量Qaを、空燃比センサ22より空燃比A/Fを、アクセル開度センサ32よりアクセルペダル踏込量θaを、シリンダブロック3に装着された水温センサ33より冷却水の水温wtを、車速センサ34より車速Vcを、それぞれ入力される。
ここで、コントローラ2のスロットル弁駆動部A3は、アクセルペダル開度θa、車速Vc、冷却水の水温wt、等に応じた通常時弁開度Pobj、或いは暖機時弁開度Pobjを求め、その上で、演算された通常時或いは暖機時弁開度Pobj相当の各開弁出力D(Pobj)をETV14に出力し、吸気量制御処理を行っている。
【0021】
コントローラ2の燃料量制御部A1は、定常時において、エンジン回転数Neとアクセルペダル開度θaに応じた基本燃料噴射量Tbを求め、これに空燃比A/F、水温wt等の補正値TA/F、Twtを加えて燃料噴射量Tinj(=Tb+TA/F+Twt)を導出する。その上で、演算された燃料噴射量Tinj相当の出力信号D(Tinj)を燃料噴射弁9に出力し、燃料噴射量制御を行っている。
コントローラ2の点火制御部A2は、定常時において、アクセルペダル開度θa等に応じた基本点火時期IGTbと運転状態に応じた遅角補正値ΔIGより点火時期IGTを導出する。その上で、演算され点火時期IGT相当の出力信号DIGを点火プラグ11にそれぞれ出力し点火処理を行っている。
【0022】
更に、コントローラ2は、実オーバラップ期間検出手段B1として、吸気弁v1と排気弁v2とが共に開弁状態となるオーバラップ期間OLを検出する。
更に、コントローラ2は、目標開弁時期設定手段B2として、エンジン1の運転状態に応じた吸気弁v1の目標開弁時期θInobjを設定し、目標閉弁時期設定手段B3として、エンジン1の運転状態に応じた排気弁v2の目標閉弁時期θExobjを設定する。
ここで、エンジン1の吸気弁開時期θInp及び排気弁閉時期θExpに対する、排気ガス中のNOx,THC(トータル・HC)の残留量の分布特性を図6(a)に、排気ガス温度の分布特性を図6(b)に示した。
【0023】
図6(a)より明らかなように、冷態時(符号☆印参照)においてNOx,THCを共に低減させる場合、温態時(符号○印参照)に対し、吸気弁開時期θInp及び排気弁閉時期θExpを共に進角させることが望ましいことが明らかである。図6(b)より明らかなように、冷態時(符号☆印参照)において排気ガス温度を高温に保持するには吸気弁開時期θInp及び排気弁閉時期θExpを共に進角させることが望ましいことが明らかである。
このように、エンジン1の吸気弁開時期θInp及び排気弁閉時期θExpを共に進角させることが、排気ガス中のNOx,THC(トータル・HC)の残留量を共に低減させる上でも、触媒の早期活性化のためにも有効なことが明らかである。
【0024】
そこで、ここでは水温Twが暖機判定値(Tws)以上であって、水温Twに応じたマップ開弁時期θInpoがマップM1(図2(a)参照)により基本的に設定される。ここでマップ開弁時期θInpoは水温Twの上昇に応じて温態時側(符号○印側参照)に接近するよう遅角設定される。
同様に、ここでは水温Twが暖機判定値(Tws)以上であって、水温Twに応じたマップ弁閉時期θExpoがマップM2(図2(b)参照)により基本的に設定される。ここでマップ閉弁時期θExpoは水温Twの上昇に応じて温態時側(符号○印側参照)に接近するよう遅角設定される
更に、コントローラ2はオーバーラップ期間制御手段B4として、同手段から検出される実オーバラップ期間OLnが目標開弁時期θInpoと目標閉弁時期θExpoから算出される目標オーバラップ期間OLno(=θInpo−θExpo)に対して所定範囲αを越えて長い(大きい)場合(図4参照)は吸気弁v1と排気弁v2のうちの一方で目標時期がオーバラップ減少方向となる弁を他方の弁よりも先行して目標時期(θInobj或いはθExobj)に制御するよう機能する。
なお、ここで所定範囲αはオーバーラップ値の切換え時の修正許容幅であり、ゼロをも含むものとする。
次に、図1の内燃機関の制御装置の作動を図3乃至図5の各弁開時期説明図、コントローラ2の各制御処理で用いる図7のオーバラップ制御ルーチン等に沿って説明する。
【0025】
コントローラ2はメインスイッチのオンと同時に図示しないメインルーチンに沿ってエンジンの燃料系、点火系、吸気系の制御に続き、図7のオーバラップ制御ルーチンの処理を所定制御サイクル毎に繰り返す。
エンジン1が冷態始動されるとステップs1に達し、始動後所定時間、即ち、始動直後の吹き上りが収まり安定したアイドル回転域に達するのを待ち、達した時点で、ステップs2に進む。ここではアイドル運転条件が成立するか否か判定する。
【0026】
ここでは、車速Vcが停車判定値Vcs以下で、図示しないアイドルスイッチがオン等のアイドル運転条件が成立するとステップs3に、そうでない運転域ではこの回の制御を終了する。
ステップs3では、水温Twが暖機判定値Tws(例えば72℃)以下の冷態始動域か否かを判断し、冷態始動域ではステップs4に暖機完了時にはこの回の制御を終了する。
ステップs4では燃料系を圧縮スラントリーンモードでの燃料供給処理を行うようエンジン駆動制御を行う。
【0027】
ここでコントローラ2の燃料量制御部A1は、圧縮スラントリーンモードを達成可能なように目標空燃比を理論空燃比近傍リーン側の空燃比(たとえば15,0)に設定し、現在の水温、等より、燃料噴射量TinjをTinj(=Tb+TA/F+Twt)として算出し、同値相当のパルス幅の燃料噴射出力D(Tinj)を圧縮行程で出力して燃料噴射弁9を駆動する。これと同時に点火制御部A2は、アイドル運転時の点火時期IGTに設定し、同点火時期に点火出力DIGを点火プラグ11に発し点火駆動することとなる。この圧縮スラントリーンモードでの燃焼制御により、排気ガス中のCO、O2が触媒コンバータ21上で酸化反応し、触媒活性促進を図れる。
【0028】
ステップs5に達すると、図3に示すように、吸排カム位置センサ29、31より吸気弁v1の実開弁時期θInpnと排気弁v2の実閉弁時期θExpnが求められ、これらから実オーバラップ期間OLn(=θInpn−θExpn)を算出する。更に、図2(a),(b)のマップM1,M2を用い、現在の水温Tw、エンジン回転数Neとに応じた吸気弁v1のマップ開弁時期θInpoと排気弁v2のマップ閉弁時期θExpoを求め、これらより、マップオーバラップ期間(目標位相角)OLm(=θInpo−θExpo)を算出する。
ステップs6に達すると、ここでは、実オーバラップ期間OLnがマップオーバラップ期間(目標位相角)OLmに許容値αを加えた値に対して、これを下回るか否か判断し、下回るとステップs7に、そうでないとステップs8に進む。
【0029】
ステップs7では、図3に示すように、実オーバラップ期間OLnが過度に大きくないことより、ステップs5で求めた吸気弁v1のマップ開弁時期θInpoを目標開弁時期θInobjに、排気弁v2のマップ閉弁時期θExpoを目標閉弁時期θExobjにそれぞれ設定する。その上で、両目標値になるように切換えるべく目標開弁時期θInobj及び目標閉弁時期θExobj相当の位相切換え出力D(δθc)を吸気側及び排気側VVT機構27、28にそれぞれ出力する。これにより吸排気弁v1、v2の開閉時期が目標開弁時期θInobj(=θInpo)と目標閉弁時期θExobj(=θExpo)に切換えられ、この回の制御が終了する。この場合、図3に示すように、切換え後の大きく修正された実オーバラップ期間OLn0(=OLm)が設定される。
【0030】
実オーバラップ期間OLnが過度に大きいことより、ステップs8に達するとする。ここでは、図4に示すように、排気弁v2の実閉弁時期θExpnがマップ閉弁時期θExpo以上、即ち、遅角側にあるか判断し、遅角していると、ステップs9に進む。ここでは、算出済みのマップ閉弁時期θExpoを今回の目標閉弁時期θExobjとして設定し、排気弁v2の実閉弁時期θExpnを当初のマップ閉弁時期θExpoになるように符号d1で示すように切換える。更に、ステップs10では、オーバラップ期間OLがこの切換え中に過度に大きくならないように、吸気弁v1の実開弁時期θInpnをそのまま目標開弁時期θInobjとして設定し、この回の制御が終了する。この場合、図4に示すように、切換え後の小さく修正された実オーバラップ期間OLn1が設定されることとなる。
【0031】
一方、ステップs8の判断で、排気弁v2の実閉弁時期θExpnがマップ閉弁時期θExpo未満、即ち、進角側にあるとしてステップs11に達するとする。
ステップs11では、図5に示すように、排気弁v2の実閉弁時期θExpnがマップ閉弁時期θExpoより進角側であり、これを先に切換え修正するとオーバーラップ値が過度に大きくなる可能性がある。一方、吸気弁v1の実開弁時期θInpnはマップ開弁時期θInpoより小さい、即ち、切換え時に遅角側(オーバーラップ値が小側)である。このため、ここでは吸気弁v1の切換えを先に行う。すなわち、吸気弁v1のマップ開弁時期θInpoをここでの目標開弁時期θInobjとして設定し、その上で、目標値になるように符号d2で示すように切換えるべく目標開弁時期θInobj相当の位相切換え出力D(δθc)を吸気側VVT機構27に出力する。
【0032】
次いで、ステップs12達すると、ここでオーバラップ期間OLがこの切換え中に過度に大きくならないように、排気弁v2の実閉弁時期θExpnをそのまま目標閉弁時期θExobjとして設定し、この回の制御が終了する。この場合、図5に示すように、切換え後の実オーバラップ期間OLn2が小さく修正されて設定されることとなる。
【0033】
このように、ステップs9の排気弁v2やステップs11の吸気弁v1ように切換え処理時にオーバラップ期間OLが過大とならないほうの弁を先に切換え処理し、過大となる可能性がある弁、即ち、ステップs10での吸気弁v1やステップs12での排気弁v2は今回の制御では切換えせず、次の制御周期等で、ステップs6、7と進んだ際に切換えを行うことを可能としている。
【0034】
このように、実オーバラップ期間OLnが目標オーバラップ期間OLno(OLmの場合がある)に対して所定範囲を越えて長い場合、即ち目標オーバラップ期間OLnoに対して実オーバラップ期間OLnが過大な場合は、燃焼状態が不安定となるが、このような状況では吸気弁と排気弁のうちの一方で目標時期がオーバラップ減少方向となる弁(ステップs9の排気弁v2やステップs11の吸気弁v1)を他方よりも先行して目標時期に制御するので、オーバラップ量OLnが過渡的により過大になることを未然に防止することができ過渡時における機関の安定性が向上する。
【0035】
更に、図7のオーバーラップ制御ルーチンはステップs1において、冷態始動後の所定期間経過後に実行することより、冷態始動時の排ガス性能を効果的に向上できる。この場合、目標開弁時期及び目標閉弁時期はエンジン1の水温Tw状態に応じて設定する(ステップs3参照)のが好ましく、冷態始動時の排ガス性能を効果的に向上できる。
更に、エンジン1が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時に、実オーバラップ期間OLnが目標オーバラップ期間OLnoに対して所定範囲α以下である場合は吸気弁v1を目標開弁時期θInobjとすると共に排気弁v2を目標閉弁時期θExobjとするよう吸気側VVT機構27、排気側VVT機構28を同時に作動させる。
【0036】
この場合、実オーバラップ期間OLnが目標オーバラップ期間OLnoに対して所定範囲α以下である場合、即ち、目標オーバラップ期間への調整過程で目標オーバラップ期間から大きく外れてオーバラップ期間が過大になる可能性が低い場合は、排気弁v2と吸気弁v1の両方を同時に目標時期に制御するので(ステップs6、7)、迅速に目標状態を実現でき制御応答性を向上できる。
更に、エンジン1が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時において、図3に2点鎖線で示すように、排気弁v2のマップ閉弁時期θExpo1(=θExobj)と吸気弁v1のマップ開弁時期θInpo(=θInobj)とが共に実閉弁時期θExpnと実開弁時期θInpnより進角側に設定される。この場合、燃焼安定性を確保し吸気ポートヘの未燃燃料の吹き戻し量を増大させてHC排出量を低減させることかでき、アイドル安定性を確保しながら排ガス性能を効果的に向上できる。
【0037】
更に、実オーバラップ期間OLnが目標オーバラップ期間OLnoに対して所定範囲αを越えて長い場合は、排気弁v2の進角を優先して実行する(ステップs8、9に進む場合)。この場合、過渡的なオーバラップの増大を未然に防止してエンジン1の運転安定性を確保できるし、吸気弁v1の目標開弁時期θInpoへの調整が遅れるので吸気ポートヘの未燃燃料の吹き返しによるHC低減効果を引き延ばして得ることができる。
更に、エンジン1は筒内噴射式エンジンであり、冷態始動後のアイドル運転時は少なくとも圧縮行程で燃料を噴射する(ステップs4での圧縮スラントリーンモードでの燃料供給処理)と共に空燃比A/Fを理論空燃比近傍(15,0近傍)とするとしてもよい(ステップs4参照)。この場合、圧縮行程で燃料を噴射することで安定した燃焼を得ることができ、空燃比を理論空燃比近傍とすることで低回転数化を実現できる。
【0038】
上述のところにおいて、エンジン1は筒内噴射式エンジンとして説明したが、マルチポイントインジェクションタイプのエンジンに本発明を適用でき、同様の作用効果が得られる。
【0039】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、実オーバラップ期間が目標オーバラップ期間に対して所定範囲を越えて長い場合、即ち目標オーバラップ機関に対して実オーバラップ期間が過大な場合は、燃焼状態が不安定となるが、このような状況であって、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁制御するので、この切換え制御中に実オーバラップ期間が過渡的により過大になることを未然に防止することができ過渡時における機関の安定性が向上する。しかも、上記機関が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時に上記制御を実行するので、燃焼が不安定な条件下でも、効果的にアイドル安定性を確保しなから排ガス性能に有利なバルブタイミングを設定できる。
【0040】
請求項2の発明は、実オーバラップ期間が目標オーバラップ期間に許容値を加えた値に対して短い場合、即ち目標オーバラップ期間への調整過程で目標オーバラップ期間から大きく外れてオーバラップ期間が過大になる可能性が低い場合は、排気弁と吸気弁の両方を同時に目標時期に制御するので、迅速に目標状態を実現でき制御応答性を向上できる。
【0041】
請求項3の発明は、燃焼安定性を確保し吸気ポートヘの未燃燃料の吹き戻し量を増大させてHC排出量を低減させることかでき、アイドル安定性を確保しながら排ガス性能を効果的に向上できる。
【0042】
請求項4の発明は、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に排気弁を実閉弁時期のままに閉弁制御し、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合には排気弁を目標閉弁時期に閉弁制御すると共に吸気弁を実開弁時期のままに開弁制御するので、この切換え制御中に実オーバラップ期間が過渡的により過大になることを未然に防止することができ過渡時における機関の安定性が向上する。特に、排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合に吸気弁を実開弁時期のままにするため、吸気弁の目標開弁時期への調整が遅れるので吸気ポートヘの未燃燃料の吹き返しによるHC低減効果を引き延ばして得ることができる。
【0043】
請求項5の発明は、圧縮行程で燃料を噴射することで安定した燃焼を得ることができ、空燃比を理論空燃比近傍とすることで低回転数化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態としての内燃機関の可変バルブタイミング制御装置と同装置を装備するエンジンの概略構成図である。
【図2】図1の可変バルブタイミング制御装置が用いるマップ開弁時期、マップ閉弁時期の設定に用いるマップであり、(a)は開弁時期θInpoの特性線図、(b)は閉弁時期θExobjの特性線図である。
【図3】図1の可変バルブタイミング制御装置が制御する吸排気弁の相対的な位相とその位相切換えを説明する図で、実オーバーラップが小さい場合を示す。
【図4】図1の可変バルブタイミング制御装置が制御する吸排気弁の相対的な位相とその位相切換えを説明する図で、特に排気弁の遅角側実オーバーラップが大きい場合を示す。
【図5】本発明の可変バルブタイミング制御装置が制御する吸排気弁の相対的図1の可変バルブタイミング制御装置が制御する吸排気弁の相対的な位相とその位相切換えを説明する図で、特に吸気弁の進角側オーバーラップが大きい場合を示す。
【図6】本発明の可変バルブタイミング制御装置を備えたエンジンの特性線図であり、(a)は吸気弁開時期及び排気弁閉時期対する、NOx,THCの残留量の分布特性を、(b)は排気ガス温度の分布特性を示す。
【図7】図1の可変バルブタイミング制御装置が用いるオーバーラップ制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
1 エンジン
27 吸気側VVT機構
28 排気側VVT機構
v1 吸気弁
v2 排気弁
α 所定範囲
θInp 開弁時期
θInp 閉弁時期
OLn オーバラップ期間
θInobj 目標開弁時期
θExobj 排気弁の目標閉弁時期
OLno 目標オーバラップ期間
B1 実オーバラップ期間検出手段
B2 目標開弁時期設定手段
B3 目標閉弁時期設定手段
B4 オーバラップ制御手段
Claims (5)
- 内燃機関の吸気弁の開弁時期を調節する吸気弁調整手段と、
上記機関の排気弁の閉弁時期を調節する排気弁調整手段と、
上記吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となる実オーバラップ期間を検出する実オーバラップ期間検出手段と、
上記機関の運転状態に応じた吸気弁の目標開弁時期を設定する目標開弁時期設定手段と、
上記機関の運転状態に応じた排気弁の目標閉弁時期を設定する目標閉弁時期設定手段と、
上記機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、上記実オーバラップ期間検出手段から検出される実オーバラップ期間が上記目標開弁時期と目標閉弁時期から算出される目標オーバラップ期間に所定の許容値を加えた値に対して長く、且つ、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁するよう上記吸気弁調整手段及び排気弁調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
実オーバラップ期間が上記目標オーバラップ期間に許容値を加えた値に対して短い場合は上記吸気弁を上記目標開弁時期とすると共に上記排気弁を上記目標閉弁時期とするよう上記両調整手段を同時に作動させることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 - 請求項1記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
上記機関が冷態状態で始動された場合のアイドル運転時には、上記目標開弁時期設定手段が上記目標開弁時期を温態時よりも進角側に設定し、上記目標閉弁時期設定手段が上記目標閉弁時期を温態時よりも進角側に設定することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 - 内燃機関の吸気弁の開弁時期を調節する吸気弁調整手段と、
上記機関の排気弁の閉弁時期を調節する排気弁調整手段と、
上記吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となる実オーバラップ期間を検出する実オーバラップ期間検出手段と、
上記機関の運転状態に応じた吸気弁の目標開弁時期を設定する目標開弁時期設定手段と、
上記機関の運転状態に応じた排気弁の目標閉弁時期を設定する目標閉弁時期設定手段と、
上記機関が冷態始動後のアイドル運転時であって、上記実オーバラップ期間検出手段から検出される実オーバラップ期間が上記目標開弁時期と目標閉弁時期から算出される目標オーバラップ期間に所定の許容値を加えた値に対して長く、且つ、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より進角側にある場合には上記吸気弁を目標開弁時期に開弁制御すると共に上記排気弁を実閉弁時期のままに閉弁するよう上記吸気弁調整手段及び排気弁調整手段を制御し、上記排気弁の実閉弁時期が目標閉弁時期より遅角側にある場合には上記排気弁を目標閉弁時期に閉弁制御すると共に上記吸気弁を実開弁時期のままに開弁するよう上記吸気弁調整手段及び排気弁調整手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。 - 請求項1又は4記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
上記機関は筒内燃料噴射式内燃機関であり、冷態始動後のアイドル運転時は少なくとも圧縮行程で燃料を噴射すると共に空燃比を理論空燃比近傍とすることを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
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