JP4502030B2 - 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、バルブタイミングを可変に設定する可変動弁機構を搭載した内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１（特開２００１−３５５４６２号公報）に開示されているように、可変動弁機構を備えた内燃機関の制御装置が知られている。この種の従来技術による内燃機関の制御装置では、内燃機関が低回転、低負荷運転を行っているときに、排気弁早閉じ制御を実行する構成としている。

排気弁早閉じ制御では、可変動弁機構を作動させることにより、排気バルブの閉弁タイミングを進角させる。これにより、吸気上死点の近傍では、吸気バルブと排気バルブの両方が閉弁状態となる期間（所謂マイナスオーバーラップ期間）が生じるか、または既存のマイナスオーバーラップ期間が延長されるようになる。

マイナスオーバーラップ期間中には、気筒内に残留した排気ガスがピストンの上昇動作により圧縮されて高温となる。このため、従来技術では、排気弁早閉じ制御により高い温度の残留排気ガスを生じさせ、この残留排気ガスを内部ＥＧＲガスとして利用することにより、燃焼性を改善するようにしている。

特開２００１−３５５４６２号公報

ところで、従来技術では、排気弁早閉じ制御により、マイナスオーバーラップ期間中に気筒内の残留排気ガスを圧縮する構成としている。この排気弁早閉じ制御では、マイナスオーバーラップ期間が終了して吸気バルブが開弁すると、気筒内から吸気系に向けて残留排気ガスの吹き返しが生じる。

従って、内燃機関の始動時から始動後にかけて排気弁早閉じ制御を実施すれば、排気ガスの吹き返しにより燃焼状態を改善することができる。即ち、始動時及び始動後において、まだ吸気負圧が小さいときには、排気ガスの吹き返しを適度に生じさせ、これを噴射燃料と衝突させることにより、燃料を微粒化することができる。

しかしながら、例えば始動直後のファーストアイドル運転時などには、機関回転数の上昇に伴って吸気負圧が増大している。このように吸気負圧が増大した状態で、排気弁早閉じ制御が実施されると、気筒内と吸気側との圧力差が大きいために排気ガスの吹き返し量が過剰となり、燃焼状態が悪化し易いという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気弁早閉じ制御により排気エミッションを改善しつつ、燃焼状態を安定させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の吸気バルブと排気バルブのうち、少なくとも一方のバルブタイミングを可変に設定する可変動弁機構と、
内燃機関の始動時から始動後にかけて前記可変動弁機構を作動させ、バルブタイミングを制御することにより気筒内から吸気系に向けて排気ガスの吹き返しを生じさせる吹き返し発生手段と、
前記吹き返し発生手段の非作動時に内燃機関の運転状態に応じて前記可変動弁機構を作動させ、前記吹き返し発生手段よりも排気ガスの吹き返し量が少ない状態でバルブタイミングを制御する通常のバルブタイミング制御手段と、
内燃機関の始動後に燃料噴射量を増量状態に保持するための始動後増量を算出し、当該始動後増量を時間の経過に伴って減少させる始動後増量手段と、
前記始動後増量が下限判定値以下に減少したときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する増量減少時吹き返し禁止手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、内燃機関に対する加速要求が検出されたときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する加速要求時吹き返し禁止手段を備える構成としている。

第３の発明は、第１または第２の発明において、内燃機関に対する加速要求の発生が事前に予想されたときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する加速予想時吹き返し禁止手段を備える構成としている。

第４の発明は、第３の発明において、内燃機関を加速及び減速するためのアクセル操作手段が非操作状態であるときに、アイドル信号を出力するアイドル検出手段を備え、
前記加速予想時吹き返し禁止手段は、前記アイドル検出手段の出力が前記アイドル信号から非アイドル信号に変化したときに、前記加速要求が発生するものと予想するアイドル時加速予想手段を備える構成としている。

第５の発明は、第３または第４の発明において、内燃機関の変速操作を行うための変速操作手段が中立位置と運転位置の何れにあるかを検出する変速位置検出手段を備え、
前記加速予想時吹き返し禁止手段は、前記変速操作手段が前記中立位置から前記運転位置に切換えられたときに、前記加速要求が発生するものと予想する変速時加速予想手段を備える構成としている。

第６の発明によると、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記吹き返し発生手段は、前記吸気バルブと前記排気バルブとが吸気上死点の近傍で閉弁状態となるマイナスオーバーラップ期間を生じさせる構成とし、前記通常のバルブタイミング制御手段は、前記吹き返し発生手段よりも前記マイナスオーバーラップ期間を短くする構成としている。

第７の発明によると、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、前記下限判定値は、排気ガスの吹き返しが生じている状態でも内燃機関の燃焼状態を安定させることが可能な最少の始動後増量に応じて設定する構成としている。

第１の発明によれば、始動後増量が下限判定値以下に減少したときには、吹き返し発生手段が作動していると、排気ガスの吹き返し量が過剰になる。このため、増量減少時吹き返し禁止手段によれば、始動後増量が下限判定値以下となり、吹き返しガスにより燃焼状態が悪影響を受けるときには、吹き返し発生手段の作動を確実に禁止することができる。

つまり、吹き返しの効果が発揮される適切な期間（燃焼状態に余裕があり、またＨＣ等の排出量が多くなる期間）にのみ、吹き返し発生手段を作動させることができ、それ以外の期間には、通常のバルブタイミング制御により燃焼状態を安定させることができる。従って、例えば始動直後にファーストアイドル運転等を行う場合でも、排気エミッションを改善しつつ、運転性を向上させることができる。

第２の発明によれば、吹き返し発生手段の作動中には、ポンピングロス等が生じるので、加速要求に対応して内燃機関の出力を上昇させるのが難しい。このため、加速要求時吹き返し禁止手段によれば、加速操作が行われたときには、これを検出して吹き返し発生手段の作動を速やかに禁止することができる。これにより、通常のバルブタイミング制御へとスムーズに移行し、加速要求に対処することができる。従って、加速要求時には内燃機関の出力を確実に増大させることができ、運転性を向上させることができる。

第３の発明によれば、吹き返し発生手段が作動する始動直後等の状況下では、可変動弁機構の応答性が通常の運転状態と比べて低下する。このため、加速予想時吹き返し禁止手段によれば、加速要求の発生が予測された時点で、吹き返し発生手段の作動を速やかに禁止し、通常のバルブタイミング制御への切換を実施することができる。即ち、加速要求が実際に発生する前に、予め制御の切換を開始しておくことができる。

これにより、可変動弁機構の応答遅れが大きい吹き返し発生手段の作動中でも、加速要求の発生タイミングに合わせて通常のバルブタイミング制御を開始することができる。従って、制御の応答遅れにより加速初期の出力不足等が生じるのを回避でき、運転性を向上させることができる。

第４の発明によれば、アクセル操作手段が大きく操作されて加速要求が生じる前に、アイドル検出手段の出力をアイドル信号から非アイドル信号に変化させることができる。従って、アイドル時加速予想手段は、アイドル信号の出力状態に応じて加速要求の発生を事前に予測することができる。

第５の発明によれば、加速要求が生じる前には、変速操作手段が中立位置から運転位置に切換えられることがある。このため、変速時加速予想手段は、変速操作手段が中立位置から運転位置に切換えられたときに、加速要求の発生を事前に予想することができる。

第６の発明によれば、吹き返し発生手段は、気筒内に残留した排気ガスをマイナスオーバーラップ期間中に圧縮し、この排気ガスにより吸気系への吹き返しを発生させることができる。これに対し、通常のバルブタイミング制御手段は、吹き返し発生手段と比較してマイナスオーバーラップ期間を短くしたり、マイナスオーバーラップ期間を零にして通常のバルブオーバーラップを生じさせることができる。従って、排気ガスの吹き返しを減少させるか、殆ど無くすことができる。

第７の発明によれば、下限判定値以下よりも少量の始動後増量では、排気ガスの吹き返しが生じたときに燃焼状態が不安定となる。従って、始動増量が下限判定値以下となる範囲を、吹き返し発生手段の禁止領域として設定することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、例えば車両に搭載される多気筒型の内燃機関１０を備えており、その各気筒内には、ピストン１２との間に燃焼室１４が設けられている。また、各気筒のピストン１２は、クランク軸１６に連結されている。また、内燃機関１０は、クランク軸１６の回転角（クランク角）を検出するためのクランク角センサ１８を備えている。

内燃機関の各気筒は、吸入空気が燃焼室１４に向けて流通する吸気通路２０と、燃焼室１４から排気ガスが流出する排気通路２２とを備えている。吸気通路２０には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２４と、吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２６とが設けられている。スロットルバルブ２６は、アクセル開度等に基づいてスロットルモータ２８により駆動される。

また、内燃機関の各気筒は、吸入空気中に燃料を噴射する燃料噴射弁３０と、混合気に点火する点火プラグ３２と、燃焼室１４を吸気通路２０に対して開，閉する吸気バルブ３４と、燃焼室１４を排気通路２２に対して開，閉する排気バルブ３６とを備えている。吸気バルブ３４の開，閉タイミング（バルブタイミング）は、吸気ＶＶＴ３８により可変に設定される。排気バルブ３６の開，閉タイミングは、排気ＶＶＴ４０により可変に設定される。これらのＶＶＴ（Variable Valve Timing system＝可変バルブタイミング機構）３８，４０は、本実施の形態の可変動弁機構を構成している。

また、ＶＶＴ３８，４０は、例えば特開２００３−２９３７１１号公報等に記載されているような公知の技術を用いて構成されている。そして、吸気ＶＶＴ３８は、後述のＥＣＵ５０から入力される指令信号に応じて吸気バルブ３４の位相（開弁タイミング及び閉弁タイミング）を進角または遅角させる。また、排気側のＶＶＴ４０も同様に、ＥＣＵ５０の指令信号に応じて排気バルブ３６の位相を進角または遅角させる。

一方、内燃機関１０は、運転者が加速及び減速を行うときに操作するアクセル操作手段としてのアクセルペダル４２と、アクセルペダル４２の操作量を検出するアイドル検出手段としてのアクセル開度センサ４４とを備えている。また、内燃機関１０は、運転者が変速操作を行う変速操作手段としてのシフトレバー４６と、シフトレバー４６の操作位置を検出する変速位置検出手段としてのシフト位置センサ４８とを備えている。

さらに、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を有するマイクロコンピュータにより構成されている。

ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角センサ１８、エアフローメータ２４、アクセル開度センサ４４、シフト位置センサ４８等を含むセンサ系統が接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルモータ２８、燃料噴射弁３０、点火プラグ３２、ＶＶＴ３８，４０等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動することにより運転制御を実施する。この運転制御には、ＶＶＴ３８，４０を用いて行われる通常のバルブタイミング制御、排気弁早閉じ制御及び早閉じ禁止制御も含まれている。以下、これらの制御について説明する。

（通常のバルブタイミング制御）
ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関の加速運転時のように、排気弁早閉じ制御を実行しないときに、通常のバルブタイミング制御（以下、通常制御と称す）を実行する。通常制御では、内燃機関の運転状態に応じてＶＶＴ３８，４０を作動させ、バルブ３４，３６の開，閉タイミングを制御する。

図２は、通常制御におけるバルブリフト量とクランク角との関係を示している。この図に示すように、通常制御では、吸気上死点の近傍でバルブ３４，３６の開弁期間が重なり合うオーバーラップ期間が設けられている。このため、通常制御の実行時には、排気弁早閉じ制御の実行時と比較して排気ガスの吹き返し量が減少するか、または吹き返しが殆ど生じない状態が維持されるものである。

なお、本実施の形態では、通常制御として、バルブのオーバーラップ期間が存在する場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、通常制御において、オーバーラップ期間が存在しない構成としてもよい。さらに言えば、通常制御では、排気弁早閉じ制御と比べて短いマイナスオーバーラップ期間が存在する構成としてもよい。

（排気弁早閉じ制御）
内燃機関の始動時から始動後にかけては、運転状態等に応じて排気弁早閉じ制御が実行される。図３は、排気弁早閉じ制御におけるバルブリフト量とクランク角との関係を示すものである。この図に示すように、排気弁早閉じ制御では、例えばＶＶＴ４０により排気バルブ３６の位相を進角させる。この結果、排気バルブ３６は、通常制御の場合よりも早いタイミングで閉弁するようになる。

これにより、吸気上死点の近傍では、排気バルブ３６が閉弁してから吸気バルブ３４が開弁するまでの間に、両方のバルブが閉弁状態となるマイナスオーバーラップ期間が生じる。マイナスオーバーラップ期間中には、燃焼室１４内に残された排気ガスがピストン１２により圧縮されて高温・高圧状態となる。そして、この残留排気ガスは、吸気バルブ３４が開弁したときに、燃焼室１４から吸気通路２０（吸気ポート）に向けて吹き返す。

このため、内燃機関の始動時から始動後にかけては、排気ガスの吹き返しにより吸気ポートの温度を早期に上昇させ、噴射燃料の気化を促進することができる。また、吸気ポートの近傍では、噴射燃料に対して排気ガスの吹き返しが衝突するので、この衝突により噴射燃料を微粒化することができる。これにより、始動時に良好な混合気を形成することができ、燃焼状態を改善することができる。

しかも、吸気系に吹き返した排気ガスは、気筒内に再び吸込まれて吸入空気と一緒に燃焼するので、所謂ＥＧＲ（内部ＥＧＲ）効果が生じる。このＥＧＲ効果により、排気ガス中の未浄化成分を低減させることができる。従って、排気弁早閉じ制御によれば、混合気の良質化と排気ガスの浄化とを促進し、始動時から始動後にかけての排気エミッションを改善することができる。

しかしながら、例えば始動直後のファーストアイドル運転時などには、内燃機関の暖機を促進するために、アイドル回転数が比較的高い値に保持される。これにより、吸気系では、比較的大きな吸気負圧が生じるようになり、吸気系と気筒内との圧力差が増大することになる。このような運転状態において、排気弁早閉じ制御が実施されると、吸気系に対する排気ガスの噴き返し量が過剰となり、燃焼状態が悪化し易い。

（早閉じ禁止制御）
上述した問題を踏まえて、本実施の形態では、始動時に排気弁早閉じ制御を実行するものの、燃料噴射制御の始動後増量が下限判定値以下に減少したときには、排気弁早閉じ制御を禁止する構成としている。ここで、始動後増量とは、始動が済んで自立運転に移行してから、ある程度の時間にわたって燃料噴射量を増量状態に保持するもので、例えば特開平８−４５７９号公報等に記載されているように、一般的に公知な燃料補正量である。

一般に、内燃機関の始動時には、始動性を高めるために燃料噴射量が増量される。しかし、始動が済んだ後でも、暖機が終了するまでの間は燃焼状態が変動し易い。このため、始動後増量は、燃料噴射量を基本の噴射量に対して増量することにより、始動後しばらくの間は混合気をリッチ状態に保持するものである。

また、内燃機関の燃焼状態は、暖機が進むほど安定するので、始動後増量は、始動から時間が経過するにつれて徐々に減少し、やがて零となる。この場合、始動後増量が下限判定値よりも大きいときには、燃料噴射量が十分に増量されているので、排気ガスの吹き返しが生じたとしても、燃焼状態に余裕がある。しかも、このときには、始動後増量により混合気がリッチ状態に保持されているので、ＨＣ等の排出量が特に多くなっている。

そこで、早閉じ禁止制御は、始動後増量が下限判定値よりも大きいときに、排気弁早閉じ制御が実行されるのを許し、排気ガスの吹き返しを生じさせる。これにより、排気エミッションが悪化し易い始動直後の運転状態において、混合気の良質化や排気ガスの浄化を促進し、排気エミッションを改善することができる。

また、始動後増量が下限判定値以下に減少したときには、排気空燃比がストイキ（理論空燃比）に近くなる分だけ、排気エミッションは改善されるが、始動後増量が減少した分だけ燃焼状態に余裕がなくなる。この状態では、排気弁早閉じ制御が継続されていると、前述のファーストアイドル運転等が行われた場合に、排気ガスの吹き返し量が過剰になり、燃焼状態が悪化する虞れがある。

そこで、早閉じ禁止制御は、始動後増量が下限判定値以下に減少したときに、排気弁早閉じ制御を禁止し、通常のバルブタイミング制御を実行するものである。この場合、下限判定値は、例えばファーストアイドル運転中に排気弁早閉じ制御を実施しても、燃焼状態を安定させることが可能な最少の始動後増量に応じて予め設定されている。

即ち、下限判定値以下よりも少量の始動後増量では、排気ガスの吹き返しが生じたときに燃焼状態が不安定となる。従って、始動増量が下限判定値以下となる範囲を、排気弁早閉じ制御の禁止領域として設定することができる。

上述したように、早閉じ禁止制御によれば、排気ガスの吹き返しにより燃焼状態が悪影響を受けるときには、排気弁早閉じ制御を確実に禁止することができる。つまり、吹き返しの効果が発揮される適切な期間（燃焼状態に余裕があり、またＨＣ等の排出量が多くなる期間）にのみ、排気弁早閉じ制御を実行することができ、それ以外の期間には、通常のバルブタイミング制御により燃焼状態を安定させることができる。従って、例えば始動直後にファーストアイドル運転等を行う場合でも、排気エミッションを改善しつつ、運転性を向上させることができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図４は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示している。なお、図４に示すルーチンは、内燃機関の始動時から始動後にかけて繰返し実行されるものである。

この図４に示すように、ＥＣＵ５０は、まず内燃機関が始動中（クランキング動作中）であるか否かを判定する（ステップ１００）。そして、始動中であるときには、始動が終了するまで待機する。また、始動中には、例えば冷却水の温度等に応じて始動時の燃料噴射量が演算され、その演算結果に応じた量の燃料が吸気ポートに噴射される。

次に、クランキング動作が終了し、始動後の自立運転に移行したときには、まず基本の燃料噴射量が演算される。この場合、基本の燃料噴射量は、例えばエアフローメータ２４により検出した吸入空気量や、クランク角センサ１８により検出した機関回転数等に応じて設定される。

また、始動後しばらくの間は、基本の燃料噴射量に対して燃料噴射量を増量させる始動後増量制御が実行される（ステップ１０２）。始動後増量制御では、例えば冷却水の温度、始動終了時点からの経過時間等に応じて始動後増量が演算され、この始動後増量は、基本の燃料噴射量に反映される。この場合、始動後増量は、例えば冷却水の温度が高くなるにつれて減少し、また始動後の時間が経過するにつれて徐々に減少する。

次に、ステップ１０４では、始動後増量が前述の下限判定値以下まで減少したか否かを判定する。この判定が成立しないときには、まだ始動後増量が多いので、リッチな混合気による安定した燃焼が行われており、またＨＣの排出量が比較的多いと判断される。そこで、この場合には、排気弁早閉じ制御を実行する（ステップ１０６）。

また、前記判定が成立したときには、始動後増量が排気弁早閉じ制御に適さないレベルまで減少したと判断される。そこで、この場合には、排気弁早閉じ制御を禁止し、通常のバルブタイミング制御を実施する（ステップ１０８）。これにより、排気弁早閉じ制御と通常のバルブタイミング制御とを適切なタイミングで切換えることができる。

実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１と同様のシステム構成（図１）を採用しているが、運転者による加速要求に応じた制御を行う点で、実施の形態１とは構成が異なるものである。

［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、実施の形態１とほぼ同様に、始動後増量が下限判定値以下となるまでの期間中にのみ、排気弁早閉じ制御を実行する。しかしながら、始動直後には、排気弁早閉じ制御の実行中であっても、アクセルペダル４２により加速操作が行われ、内燃機関に対して加速要求が発生することがある。

これに対し、排気弁早閉じ制御の実行中には、排気ガスを圧縮することでポンピングロスが生じる上に、吹き返した排気ガスによりＥＧＲが行われる。このため、排気弁早閉じ制御を実行した状態で、加速要求に対応して内燃機関の出力を上昇させるのは難しい。

そこで、本実施の形態では、加速要求の発生を検出したときに、排気弁早閉じ制御を禁止し、通常のバルブタイミング制御を実施する構成としている。具体的には、運転者によりアクセルペダル４２が踏込み操作されたときに、この操作をアクセル開度センサ４４により加速要求として検出する。また、加速要求の発生時には、排気弁早閉じ制御を禁止した上で、燃料噴射量も増量し、空燃比がリーンになるのを回避する。

この構成によれば、例えば始動後まもなく加速操作が行われた場合等には、これを検出して排気弁早閉じ制御を速やかに禁止することができる。これにより、排気弁早閉じ制御から通常のバルブタイミング制御へとスムーズに移行し、加速要求に対処することができる。従って、加速要求時には内燃機関の出力を確実に増大させることができ、運転性を向上させることができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図５は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示している。なお、図５に示すルーチンは、内燃機関の始動時から始動後にかけて繰返し実行される。

まず、ＥＣＵ５０は、実施の形態１の場合と同様に、始動が終了してから始動後増量制御を行う（ステップ２００，２０２）。また、ステップ２０４では、アクセル開度センサ４４の検出信号を用いてアクセルペダル４２の踏込み操作を検出することにより、加速要求が発生したか否かを判定する。ここで、加速要求を検出したときには、始動後増量の大小に関係なく、排気弁早閉じ制御を禁止し、通常のバルブタイミング制御を実施する（ステップ２１０）。

また、加速要求が検出されないときには、実施の形態１の場合と同様に、始動後増量が下限判定値以下まで減少したか否かを判定する（ステップ２０６）。そして、この判定が成立しないときには、ステップ２０８で排気弁早閉じ制御を実施する。また、前記判定が成立したときには、ステップ２１０で通常のバルブタイミング制御を実施する。従って、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができ、さらに始動後の加速操作に対しても適切に対処することができる。

実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１，２と同様のシステム構成（図１）を採用しているが、加速要求の発生を事前に予想して対処する点で、これらの実施の形態とは構成が異なるものである。

［実施の形態３の特徴］
本実施の形態では、実施の形態１とほぼ同様に、始動後増量が下限判定値以下となるまでの期間中にのみ、排気弁早閉じ制御を実行する。また、実施の形態２と同様に、加速要求を検出したときにも、排気弁早閉じ制御を禁止する構成としている。

しかしながら、排気弁早閉じ制御は、始動直後の低温・低速運転時に行われることが多い。このような状況下では、油圧式ＶＶＴと電動式ＶＶＴの何れにおいても、バルブタイミング制御の応答性が低下する。特に、油圧式ＶＶＴの場合には、内燃機関の温度が低いほど、また機関回転数が低いほど、応答遅れが増大する。

つまり、排気弁早閉じ制御が実行される始動直後等の状況下では、ＶＶＴを作動させたとしても、実際のバルブタイミングが変化するまでのタイムラグが中速〜高速運転時と比較して大きくなる。従って、排気弁早閉じ制御の実行中において、加速要求を検出してから通常のバルブタイミング制御に切換えたのでは、一時的に排気弁早閉じ制御のバルブタイミングで加速が行われることになり、切換の過渡期に出力不足となる虞れがある。

そこで、本実施の形態では、加速要求の発生を事前に予測する構成としている。そして、加速要求が発生するものと予測されたときには、実施の形態２の場合とほぼ同様に、排気弁早閉じ制御を禁止し、通常のバルブタイミング制御に移行する。また、燃料噴射量を増量し、空燃比がリーンになるのを回避する。

予測手段の具体例としては、例えばアイドル信号がＯＮからＯＦＦに変化したときに、加速要求が発生するものと予測する。この場合、アイドル信号は、例えばＥＣＵ５０によりアクセル開度センサ４４の出力に応じてソフトウェア上で生成されるもので、一般的に公知なものである。アイドル信号は、アクセルペダル４２が非操作状態（アイドル位置）であるときにＯＮとなり、同ペダルがアイドル位置から離れたときにＯＦＦとなる。

この構成によれば、アクセルペダル４２が大きく踏み込まれて加速操作が行われる前に、アイドル信号がＯＮからＯＦＦに変化する。従って、アイドル信号の変化を検出することにより、加速操作の発生を事前に予測することができる。なお、本実施の形態では、ソフトウェア的に実現されるアイドル信号（所謂ソフトアイドルスイッチ）を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、例えば接点のＯＮ・ＯＦＦ等によりアイドル位置を検出する機械式のアイドルスイッチを用いてもよい。

また、他の予測手段としては、シフトレバー４６が中立位置から運転位置に切換えられたときにも、加速要求が発生するものと予測する。ＥＣＵ５０は、シフト位置センサ４８の検出信号を用いて、シフトレバー４６が中立位置（Ｎレンジ）から運転位置（Ｄレンジ、Ｌレンジ等）に切換えられたことを検出することができる。

この構成によれば、シフトレバー４６が中立位置にあるときには、加速操作が行われる前に当該レバーが運転位置に切換えられる。従って、シフトレバー４６の操作位置の変化を検出することにより、加速操作の発生を事前に予測することができる。

従って、本実施の形態によれば、加速要求の発生が予測された時点で、排気弁早閉じ制御から通常のバルブタイミング制御への切換を実施することができる。即ち、加速要求が実際に発生する前に、予め制御の切換を開始しておくことができる。これにより、ＶＶＴの応答遅れが大きい排気弁早閉じ制御の実行中でも、加速要求の発生タイミングに合わせて通常のバルブタイミング制御を開始することができる。従って、制御の応答遅れにより加速初期の出力不足等が生じるのを回避でき、運転性を向上させることができる。

［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
図６は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートを示している。なお、図６に示すルーチンは、内燃機関の始動時から始動後にかけて繰返し実行される。

まず、ＥＣＵ５０は、実施の形態１の場合と同様に、始動が終了してから始動後増量制御を行う（ステップ３００，３０２）。次に、アクセル開度センサ４４の出力を用いてアイドル信号がＯＮからＯＦＦに変化したか否かを判定する（ステップ３０４）。また、シフト位置センサ４８の出力を用いてシフトレバー４６がＮレンジからＤレンジ側に切換えられたか否かを判定する（ステップ３０６）。

そして、ステップ３０４，３０６の何れかで判定が成立したときには、加速要求が発生するものと予測し、排気弁早閉じ制御から通常のバルブタイミング制御に移行する（ステップ３１４）。また、ステップ３０４，３０６の判定が不成立のときには、前記実施の形態２と同様に、加速要求が発生したか否かを判定する（ステップ３０８）。そして、この判定が成立したときには、ステップ３１４で制御の切換を実施する。

ステップ３０４，３０６，３０８の何れでも判定が不成立のときには、前記実施の形態１と同様に、ステップ３１０で始動後増量が下限判定値以下であるか否かを判定する。そして、この判定結果に応じてステップ３１２，３１４の何れかを実施する。このように、本実施の形態によれば、加速要求の発生が予測も検出もされず、かつ始動後増量が下限判定値よりも大きいときにのみ、排気弁早閉じ制御を実施することができる。

なお、前記各実施の形態では、図４〜図６中のステップ１０６，２０８，３１２が吹き返し発生手段の具体例を示している。また、ステップ１０８，２１０，３１４は、通常のバルブタイミング制御手段の具体例を示し、ステップ１０２，２０２，３０２は始動後増量手段の具体例を示している。さらに、ステップ１０４，２０６，３１０は増量減少時吹き返し禁止手段の具体例、ステップ２０４，３０８は加速要求時吹き返し禁止手段の具体例をそれぞれ示している。また、ステップ３０４はアイドル時加速予想手段の具体例、ステップ３０６は変速時加速予想手段の具体例をそれぞれ示し、これら２つのステップにより加速予想時吹き返し禁止手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、吹き返し発生手段として、排気バルブ３６の閉弁タイミングを進角させる排気弁早閉じ制御を例に挙げて説明した。しかし、発明はこれに限らず、例えば吸気バルブ３４の開弁タイミングを遅角させる吸気弁制御により、マイナスオーバーラップ期間を実現して排気ガスの吹き返しを生じさせる構成としてもよい。また、この吸気弁制御と排気弁早閉じ制御とを組合わせる構成としてもよい。このため、本発明では、２つのＶＶＴ３８，４０は必ずしも必要ではなく、ＶＶＴ３８，４０のうち少なくとも始動時バルブ制御手段に必要なＶＶＴが設置されていればよい。

また、実施の形態において、吹き返し発生手段は、マイナスオーバーラップ期間を生じさせることにより、排気ガスの吹き返しを発生させる構成とした。しかし、本発明の吹き返し発生手段は、排気ガスの吹き返しが発生するのであれば、必ずしもマイナスオーバーラップ期間を生じさせる必要はない。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体図である。 通常のバルブタイミング制御におけるバルブリフト量とクランク角との関係を示す説明図である。 排気弁早閉じ制御におけるバルブリフト量とクランク角との関係を示す説明図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ クランク軸
１８ クランク角センサ
２０ 吸気通路
２２ 排気通路
２４ エアフローメータ
２６ スロットルバルブ
２８ スロットルモータ
３０ 燃料噴射弁
３２ 点火プラグ
３４ 吸気バルブ
３６ 排気バルブ
３８，４０ ＶＶＴ（可変動弁機構）
４２ アクセルペダル（アクセル操作手段）
４４ アクセル開度センサ（アイドル検出手段）
４６ シフトレバー（変速操作手段）
４８ シフト位置センサ（変速位置検出手段）
５０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気バルブと排気バルブのうち、少なくとも一方のバルブタイミングを可変に設定する可変動弁機構と、
   内燃機関の始動時から始動後にかけて前記可変動弁機構を作動させ、バルブタイミングを制御することにより気筒内から吸気系に向けて排気ガスの吹き返しを生じさせる吹き返し発生手段と、
   前記吹き返し発生手段の非作動時に内燃機関の運転状態に応じて前記可変動弁機構を作動させ、前記吹き返し発生手段よりも排気ガスの吹き返し量が少ない状態でバルブタイミングを制御する通常のバルブタイミング制御手段と、
   内燃機関の始動後に燃料噴射量を増量状態に保持するための始動後増量を算出し、当該始動後増量を時間の経過に伴って減少させる始動後増量手段と、
   ファーストアイドル運転により内燃機関の回転数が暖機後のアイドル回転数よりも高くなった状態で、前記始動後増量が下限判定値以下に減少したときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する増量減少時吹き返し禁止手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関に対する加速要求が検出されたときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する加速要求時吹き返し禁止手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関に対する加速要求の発生が事前に予想されたときに、前記吹き返し発生手段の作動を禁止する加速予想時吹き返し禁止手段を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関を加速及び減速するためのアクセル操作手段が非操作状態であるときに、アイドル信号を出力するアイドル検出手段を備え、
   前記加速予想時吹き返し禁止手段は、前記アイドル検出手段の出力が前記アイドル信号から非アイドル信号に変化したときに、前記加速要求が発生するものと予想するアイドル時加速予想手段を備えてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の変速操作を行うための変速操作手段が中立位置と運転位置の何れにあるかを検出する変速位置検出手段を備え、
   前記加速予想時吹き返し禁止手段は、前記変速操作手段が前記中立位置から前記運転位置に切換えられたときに、前記加速要求が発生するものと予想する変速時加速予想手段を備えてなる請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記吹き返し発生手段は、前記吸気バルブと前記排気バルブとが吸気上死点の近傍で閉弁状態となるマイナスオーバーラップ期間を生じさせる構成とし、前記通常のバルブタイミング制御手段は、前記吹き返し発生手段よりも前記マイナスオーバーラップ期間を短くする構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記下限判定値は、排気ガスの吹き返しが生じている状態でも内燃機関の燃焼状態を安定させることが可能な最少の始動後増量に応じて設定する構成としてなる請求項１乃至６のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images