JPWO2011141987A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

可変動弁装置の制御によって内部ＥＧＲ量を調節することで、触媒の温度を上昇させる要求に応えることができる内燃機関の制御装置を提供する。空燃比センサや吸入空気量、燃料噴射量から算出される空燃比と、機関回転数の変動から検出されるトルク変動をそれぞれモニタリングし、Ａ／Ｆ適合範囲を逸脱しないように、可変動弁装置の制御内容（具体的には、排気弁５６の早閉じの時期）へのフィードバックを行う。このフィードバック制御によれば、ＶＶＴの自律的なモデル制御が可能となり、大量ＥＧＲでの燃焼を成立させることが可能になる。

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば、日本特開平１１−１６６４３５号公報に開示されているように、ＣＯを触媒へ供給することにより、触媒の温度上昇を行う内燃機関の制御装置が知られている。上記従来の制御装置によれば、触媒の温度上昇を行う場合には、外部ＥＧＲ量を増加させている。外部ＥＧＲ量の増加により触媒に流れ込むＣＯの量を増加させ、このＣＯによる触媒における反応によって、触媒温度上昇を行っている。

日本特開平１１−１６６４３５号公報 国際公開第２００５／５６９９５号 日本特開２００６−３３６４６６号公報 日本特開２００７−２６２９６８号公報

内燃機関にＥＧＲガスを供給する手法には、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとがある。内部ＥＧＲ量については、可変動弁装置の制御によりバルブタイミングを変更することで増大させるという考え方がある。また、ＥＧＲガスを大量に供給した場合、失火、過大なトルク変動によるドライバビリティ悪化が考えられる。そこで、可変動弁装置を制御することで内部ＥＧＲ量を調節し、圧縮端温度を高くして着火性を確保するという考え方がある。しかしながら、これらの考え方に基づいても、自動車等への搭載後の実際の内燃機関の使用場面において定常状態とのずれが生じた場合に、何を検知してどのように可変動弁装置を制御すべきかの判断基準が確立されていない。実際には、可変動弁装置をどのように制御すればよいか、バルブタイミングをどのような特性に設定すべきかを決定することは困難である。そこで、本願発明者は、鋭意研究を行い、可変動弁装置の制御による内部ＥＧＲ量の調節を行ううえで好適な手法を見出した。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、可変動弁装置の制御によって内部ＥＧＲ量を調節することで、触媒の温度を上昇させる要求に応えることができる内燃機関の制御装置を提供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、内燃機関の制御装置であって、
排気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関における前記排気弁の閉弁時期を制御するための開弁時期制御手段と、
前記内燃機関の失火を検出する検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度上昇を行う所定の条件下において、前記内燃機関の内部ＥＧＲ量が増加するように前記排気弁の前記閉弁時期を進角させる進角制御手段と、
前記進角制御手段による前記排気弁の前記閉弁時期の進角のあと、前記検出手段で失火が検出されたときに、前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を低減する進角度合調節手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記進角度合調節手段は、前記内燃機関の空燃比が所定範囲内となるように前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を調節する手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記所定範囲は、第１の空燃比と前記第１の空燃比に比してリッチ側の第２の空燃比との間の空燃比の範囲であり、
前記第１の空燃比は、前記触媒の温度が所定温度以上の温度まで上昇する程度に前記触媒にＣＯを供給できる空燃比であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記所定範囲は、第１の空燃比と前記第１の空燃比に比してリッチ側の第２の空燃比との間の空燃比の範囲であり、
前記第２の空燃比は、前記内燃機関の失火が生じない程度の空燃比であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第２乃至４の発明のいずれか１つにおいて、
前記検出手段は、前記内燃機関のトルク変動を検出する手段を含み、
前記所定範囲は、前記内燃機関のトルク変動が所定値以下となる空燃比の範囲であることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至５の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、外部ＥＧＲ装置を備え、
前記進角制御手段で前記排気弁の前記閉弁時期を進角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合であって、かつ前記遅角制御手段で前記排気弁の前記閉弁時期を遅角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合に、前記進角度合調節手段での前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させる優先手段と、
前記優先手段で前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させた場合に、当該進角度合の低減を優先させたことによる不足分を補うように、前記外部ＥＧＲ装置でＥＧＲガスを供給する供給手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
排気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関における前記排気弁の閉弁時期を制御するための開弁時期制御手段と、
前記内燃機関の失火を検出する検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度の上昇を行う所定の条件下において、前記内燃機関の内部ＥＧＲ量が増加するように前記排気弁の前記閉弁時期を進角させる進角制御手段と、
前記触媒の温度上昇の程度と前記内燃機関の空燃比のリッチ化の程度とに基づいて、前記検出手段で失火が検出されない範囲内又は失火の影響が所定条件を満たす程度に小さい範囲内において、前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を調節する進角度合調節手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、触媒温度を上昇させようとする際にＥＧＲ量を増加させて触媒に多量のＣＯを供給することができ、その一方で、ＥＧＲ量増加に起因して失火が問題となるような場合には進角度合を低減して失火に対処することができる。

第２の発明によれば、空燃比が一定の範囲に収まるように閉弁時期の進角度合を調節することにより、進角や遅角の程度が過度に大きくなることを抑制することができる。

第３の発明によれば、触媒温度の上昇量を確保することができる。

第４の発明によれば、過度のリッチを避けて、失火を抑制することができる。

第５の発明によれば、トルク変動の検知値に基づいて、失火を抑制することができる。

第６の発明によれば、触媒温度上昇と失火抑制の双方を考慮しつつそれらが両立できない場合には失火抑制を重視させ、ＥＧＲガスの不足分は外部ＥＧＲによって補うことができる。

第７の発明によれば、触媒温度を上昇させようとする際にＥＧＲ量を増加させて触媒に多量のＣＯを供給し、その一方で、ＥＧＲ量増加に起因して失火が問題となるような場合には開弁時期を遅角させ、失火が問題とならない程度の空燃比範囲内において、閉弁時期の進角度合を調節することができる。

本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態においてＥＣＵが実行するルーチンのフローチャートである。

実施の形態．
［実施の形態の構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の構成を説明するための図である。図１は、本実施形態にかかる制御装置が適用されるディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０の一つの気筒の断面を示す図である。ディーゼルエンジン１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。なお、本実施形態にかかるディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。各気筒の燃料インジェクタ１２は、共通のコモンレール（不図示）に接続されている。

ディーゼルエンジン１０の各気筒は、吸気マニホールド３４と連通している。吸気マニホールド３４の上流には、吸気通路入口付近に設けられたエアクリーナや、エアクリーナ下流近傍に設けられ吸入空気量を検出するエアフローメータなどの各種構成が、それぞれ設置されている。一方、ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０により集合されて排気通路に流入する。

ディーゼルエンジン１０の燃焼室には、吸気マニホールド３４および排気マニホールド２０が接続されている。吸気マニホールド３４と燃焼室の間の吸気ポートの開閉は、吸気弁５２により行われる。排気マニホールド２０と燃焼室の間の排気ポートの開閉は、排気弁５６により行われる。

本実施形態のディーゼルエンジン１０には、排気弁５６の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置５８が備えられている。本実施形態の排気可変動弁装置５８は、排気弁５６の少なくとも閉じ時期を可変とするものであれば、いかなる構成のものでもよい。本実施形態においては、排気弁５６を早閉じすることによって、気筒内への残留ガスを増量、つまり内部ＥＧＲ量を増加させる。これにより、触媒に流れ込むＣＯの量を増加させ、このＣＯによる触媒における反応によって、触媒温度上昇を行うこととする。

なお、図１の構成では、ディーゼルエンジン１０は、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置５４を更に備えている。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、可変バルブタイミング（Variable Valve Timing）を「ＶＶＴ」と称したり、可変バルブタイミング制御を「ＶＶＴ制御」と称したりするなど適宜に簡略化する。

図１に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。クランク軸６０は、ピストン６４と連結している。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータに加え、車両の運転席に設けられたアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。

ＥＣＵ５０には、クランク角センサ６２のセンサ値が入力される。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６２の出力信号に基づいて、機関回転数を検出し、さらにこの機関回転数の変動（回転変動）からトルク変動量を算出するルーチンを記憶している。なお、筒内圧センサを設けて、筒内圧センサ値を用いたトルク変動（失火）検出を行っても良い。
また、本実施形態では、空燃比を検出するための構成が備えられているものとする。このような空燃比検出用の構成は、例えば、排気系に空燃比センサを取り付けて、ＥＣＵ５０において、センサ値に基づいて空燃比を検出可能に構成することにより実現しても良い。また、吸入空気量と燃料噴射量とにより空燃比を算出してもよい。

図示しないが、本実施形態にかかるディーゼルエンジン１０は、下記の構成も備えている。ディーゼルエンジン１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャを備えている。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギーによって回転するタービンと、このタービンに駆動されて回転するコンプレッサとを有している。タービンは、排気通路の途中に配置されており、コンプレッサは、吸気通路の途中に配置されている。

タービンの下流側の排気通路には、触媒が設置されている。この触媒としては、例えば、ディーゼルエンジン１０の排気ガス中に含まれるＮＯｘを捕捉し吸蔵するＮＯｘ触媒を設けることができる。

コンプレッサの下流側の吸気通路には、インタークーラが設置されている。エアクリーナを通って吸入された空気は、ターボチャージャのコンプレッサで圧縮された後、インタークーラで冷却される。インタークーラを通過した新気は、吸気マニホールド３４を通って、各気筒内に流入する。

また、ディーゼルエンジン１０は、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うための外部ＥＧＲ装置を備えている。外部ＥＧＲ通路は、排気系と吸気系とをつなぐＥＧＲ通路と、その途中に設けられたＥＧＲ弁を含んでいる。なお、外部ＥＧＲ装置として、高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路との、２系統のＥＧＲ通路を備えてもよい。

［実施の形態の動作］
図２乃至５は、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を説明するための図である。以下、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置の動作を、「可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による触媒床温上昇」と、「可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による自律制御（ＦＢ制御）」と、「ＥＧＲ量の不足分を外部ＥＧＲ装置で補充」の３つに分けて説明する。

（１）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による触媒床温上昇
大量ＥＧＲでの燃焼（例えば低温燃焼；ＬＴＣ）により、大量のＣＯを触媒へと供給し、触媒でＣＯを反応させて、触媒の温度を上昇させることができる。ただし、大量のＥＧＲガスを供給する場合、空燃比リッチ、酸素不足となり、着火性の悪化が懸念される。この着火性悪化により、失火を招くおそれがある。

内燃機関にＥＧＲガスを供給する手法には、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲとがある。外部ＥＧＲを用いる場合、現実的には、このような動作を成立させることは困難である。一方、ＶＶＴにおいて、排気弁の早閉じを行うことにより、内部ＥＧＲを増量させることができる。高温の内部ＥＧＲを増量させることで、圧縮端温度を高くして、ＥＧＲガスを多くしつつも着火性を確保することができる。内部ＥＧＲを活用することで、大量ＥＧＲ燃焼の実現が容易となり、ＣＯ供給による触媒床温上昇手法が現実的に利用可能となる。

そこで、本実施形態においては、触媒の温度上昇を、排気可変動弁装置５８の制御による内部ＥＧＲ増加によって実現する。図２は、本発明の実施の形態における排気弁５６および吸気弁５２の開弁特性を示す図である。本実施形態においては、「ＥＸ作用角減」と矢印で示すように排気弁５６を早閉じする。なお、本実施形態においては、図２に「ＩＮ作用角減」と矢印で示すように、吸気弁５２の遅閉じもあわせて行うことにした。

図３は、ＶＶＴによる大量ＥＧＲ（Ａ／Ｆリッチ）燃焼の成立例の様子を説明するための模式図である。図３（ａ）は、触媒に流入するガス（単に「触媒入りガス」とも称す）のＣＯ濃度（％）と空燃比との関係を示している。図３（ｂ）は、トルク変動の大きさ（Ｎｍ）と空燃比との関係を示している。図３（ｂ）において「変動限界」と付したトルク変動は、予め定めた許容限度となるトルク変動量をいうものとする。
ＶＶＴ制御を活用しない場合における挙動を、図３（ａ）（ｂ）のそれぞれに白丸の点およびその近似線（「Ｂａｓｅ」と付した線）で表す。一方、本実施形態にかかる制御動作を行った場合における挙動を、黒四角の点（図３（ｂ）では便宜上「Ｅｘ早閉＋ＩＮ遅閉」と付している）にて表している。
仮にＶＶＴ制御を活用しない場合、ＣＯ増量のために空燃比リッチ化（ＥＧＲ量増量）をすると、失火が発生し、トルク変動が大きくなる。その結果、図３（ａ）に示すように触媒入りガスのＣＯ濃度がそれほど高くない状態で、図３（ｂ）に示すようにトルク変動が変動限界を超えてしまう（Ｂａｓｅと付した線で表される特性を参照）。
一方、ＶＶＴ制御を活用する本実施形態によれば、排気弁の早閉じで内部ＥＧＲを増量させることで圧縮端温度を上昇させることができる。これにより着火性確保ができ、十分な量のＣＯを供給できる程度の空燃比までリッチ化することができる。つまり、図３の符号７０を付した空燃比まで、図３（ｂ）の矢印のごとく、十分にリッチ化を行うことができる。本実施形態にかかる制御動作の挙動によれば、図３（ｂ）に示すようにトルク変動が変動限界を超えない範囲内において、図３（ａ）に示すように触媒入りガスのＣＯ濃度を大きく増加させることができる（Ｅｘ早閉＋ＩＮ遅閉と付した線で表される特性を参照）。

図４は、上述した本実施形態にかかる「可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による触媒床温上昇」の制御動作をまとめた模式図である。排気弁早閉（Ｅｘ早閉）の度合を増加させることによって、内部ＥＧＲ量を増加させることができる。内部ＥＧＲ量の増加により、圧縮端温度上昇と、筒内空燃比のリッチ化の作用がそれぞれ生じる。圧縮端温度上昇が着火性の向上に寄与し、筒内空燃比のリッチ化がＣＯ排出量増加つまり触媒入りガスのＣＯ濃度増大に寄与する。このようにして、ＶＶＴ制御によって、着火性と触媒入りＣＯ量とをコントロールすることができる。

なお、ＶＶＴによる排気弁の位相進角などにより排気温度そのものを上昇させるという考え方もある。しかしながら、排気温度を上昇したとしても、排気系のパイプや、ターボ過給機を備えている場合にはタービンによって、その熱が奪われる。その結果、触媒床温の上昇に対する効率は低く、燃費悪化が懸念される。この点、ＣＯ供給によれば、触媒における反応により触媒の床温を上昇させることができる。このため、ＣＯ供給による触媒床温上昇手法のほうが、排気温度を高める手法に比べて、燃費上のメリットが高い。

（２）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による自律制御（ＦＢ制御）
ＶＶＴによる内部ＥＧＲ増量によれば、着火性を確保しつつ、触媒床温の上昇の要求を満たすように大量のＥＧＲガスを供給すること（空燃比のリッチ化）が可能である。しかしながら、空燃比のリッチ化にも限度があり、過度にリッチ化された空燃比においては失火するおそれがある。そこで、内部ＥＧＲ増量を行うにあたっては、触媒床温上昇のためのＣＯ供給、失火の影響の抑制という２つの事項を考慮した上で、予め、空燃比の範囲を定めておくことが好ましい。

図５は、上記の点を考慮して作成した、本発明の実施の形態にかかる制御における空燃比の範囲を説明するための図である。図３（ａ）（ｂ）のそれぞれにおける矢印２００の示す範囲が、本実施形態において設定された空燃比の範囲である。この空燃比の範囲は、要求されるＣＯ供給量を達成するために必要な空燃比よりは低く（リッチ側に）、かつ、失火してしまう空燃比以上（リーン側）の範囲に設定されている。これにより、触媒温度の上昇量を確保することができ、その一方で、過度のリッチを避けて失火を抑制することもできる。以下の説明では、便宜上、この空燃比範囲を、「Ａ／Ｆ適合範囲」とも称す。

ところで、上記の空燃比範囲に収まるようにＶＶＴ制御による内部ＥＧＲ量を調整する場合、マップ制御を行うと、過渡での遅れや環境条件変化などでずれが生じ、補正を行うことも非常に困難である。そこで、本実施形態においては、空燃比センサや吸入空気量、燃料噴射量から算出される空燃比と、機関回転数の変動から検出されるトルク変動をそれぞれモニタリングし、Ａ／Ｆ適合範囲を逸脱しないように、可変動弁装置の制御内容（具体的には、排気弁５６の早閉じの時期）へのフィードバックを行うことにした。このフィードバック制御によれば、ＶＶＴの自律的なモデル制御が可能となり、大量ＥＧＲでの燃焼を成立させることが可能になる。

なお、外部ＥＧＲによって空燃比をコントロールするという考え方もある。しかしながら、ＶＶＴ制御による内部ＥＧＲ量の調節をおこなう本実施形態によれば、高温の内部ＥＧＲガスを供給することで着火性向上が可能という利点や、シリンダ直前の弁体を操作するため制御動作に応じた燃焼状態の変化が速やかに生じ、応答性に優れるといった利点がある。このため、可変バルブタイミングのＦＢ制御により大きな利益が得られる。

（３）ＥＧＲ量不足時の対処措置
上記の（２）で述べたＶＶＴ自律制御によっては、空燃比に関する要求とトルク変動に関する要求の成立点に到達できない場合が想定される。具体的には、例えば、ＶＶＴ制御により内部ＥＧＲを増やす際、失火はしないものの空燃比リッチ度合が不足してしまう場合が考えられる。空燃比リッチ度合を十分に大きくできないと、ＣＯ供給量が不足し、触媒床温を所望の温度まで上昇させることができなくなる。

そこで、本実施形態においては、外部ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの供給により、或いは、ターボ過給器を備える場合には過給圧制御により、このような状況に対処する。具体的には、外部ＥＧＲ装置を制御して（具体的には、ＥＧＲ弁の開度調節等によって）ＥＧＲガスの不足分を供給したり、ターボ過給器の過給圧の制御（具体的には、過給圧制御の弁の開度調節）を行ったりする。これらの措置により、失火が問題とならない範囲で内部ＥＧＲ量を増加させ、それでもなお空燃比に関する要求とトルク変動に関する要求の成立点に到達できない場合には可変動弁制御以外の他の手法によって触媒床温上昇を補助することができる。

［実施の形態の具体的処理］
以下、図６を用いて、本発明の実施の形態にかかる内燃機関の制御装置において実行される具体的処理を説明する。図６は、本発明の実施の形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。

なお、本実施形態にかかるルーチンは、図６に示すように、触媒床温上昇要求があった場合にルーチンが開始されるものとする（ステップＳ１００）。触媒床温上昇要求があった場合、大量ＥＧＲによるＣＯ供給の実施が開始される（ステップＳ１０２）。具体的には、上述の「（１）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による触媒床温上昇」で述べた吸気弁５２、排気弁５６の開弁特性を実現するように、ＥＣＵ５０が、吸気可変動弁装置５４、排気可変動弁装置５８を制御する。

次いで、Ａ／Ｆリーンか否かが判定される（ステップＳ１０４）。このステップでは、空燃比センサの出力や吸入空気量と燃料噴射量に基づいて、空燃比が所定値を超えてリーンであるか否かが判定される。この所定値は、図５でも述べたＡ／Ｆ適合範囲におけるリーン側の端の値を用いることができる。ステップＳ１０４の条件の成立が認められた場合には、空燃比がＡ／Ｆ適合範囲のリーン側に逸脱していると考えられる。この場合、供給すべきＣＯ量の不足が懸念される。

ステップＳ１０４の条件成立が認められた場合には、ＶＶＴにおける排気弁の進角度合を増加する処理が実行される（ステップＳ１０６）。これにより、内部ＥＧＲ量を増加させることができる。

ステップＳ１０６の後、又は、ステップＳ１０４の条件成立が認められなかった場合には、続いて、トルク変動が過大か否かが判定される（ステップＳ１０８）。このステップでは、ＥＣＵ５０において、トルク変動量が所定値を超えているか否かが判定される。なお、トルク変動量は、本実施形態の構成の説明で述べたように、ＥＣＵ５０においてクランク角センサ６２の出力信号に基づき機関回転数を算出し、この機関回転数の変動を求めることにより算出することができる。この所定値は、図３において説明した変動限界に相当する値を用いることができる。ステップＳ１０８の条件の成立が認められた場合には、失火を抑制すべく、ＶＶＴ制御により排気弁の進角度合を減少させる処理が実行される（ステップＳ１１０）。このステップにより、内部ＥＧＲが減少し、安定な着火を回復させることができる。

ステップＳ１１０の後、又は、ステップＳ１０８の条件成立が認められなかった場合には、空燃比とトルク変動の双方が両立しているか否かが判定される（ステップＳ１１２）。このステップの条件の成立が認められた場合には、ＶＶＴ制御により触媒床温上昇の要求に応えることができたものと判断することができる。従って、今回のルーチンが終了する。
一方、ステップＳ１１２において条件成立が認められなかった場合には、ＥＧＲの不足分を補正するための制御が実行される（ステップＳ１１６）。このステップでは、前述の「（３）ＥＧＲ量不足時の対処措置」において説明された制御動作を実現するように、外部ＥＧＲ装置の制御あるいは過給圧の制御を行う。このような処理によれば、触媒温度上昇と失火抑制の双方を考慮しつつそれらが両立できない場合には失火抑制を重視させ、ＥＧＲガス不足による触媒の床温上昇不足は、外部ＥＧＲ等によって補うことができる。その後、今回のルーチンが終了する。

以上の処理によれば、触媒温度を上昇させようとする際にＥＧＲ量を増加させて触媒に多量のＣＯを供給することができ、その一方で、ＥＧＲ量増加に起因して失火が問題となるような場合には進角度合を低減して失火に対処することができる。また、上記の処理によれば、空燃比がＡ／Ｆ適合範囲に収まるように、排気弁５６の閉弁時期の進角度合を調節することができる。これにより、進角や遅角の程度が過度に大きくなることを抑制することができる。

また、上記の処理によれば、ステップＳ１０２により触媒温度を上昇させようとする際にＥＧＲ量を増加させて触媒に多量のＣＯを供給し、その一方で、ＥＧＲ量増加に起因して失火が問題となるような場合にはステップＳ１１０にて開弁時期を遅角させ、失火が問題とならない程度の空燃比範囲内において、排気弁５６の進角度合を調節することができる。上記の図６にかかるルーチンが繰り返し実行されることで、自動的に、狙いの燃焼状態を達成するようにバルブタイミングを収束させることができる。

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が排気可変動弁装置５８の制御を行うことにより、前記第１の発明または第７の発明における「開弁時期制御手段」が、ＥＣＵ５０が、クランク角センサ６２のセンサ値から機関回転数を求めこの機関回転数の変動に基づいてトルク変動を検出し、失火の有無を検出することにより、前記第１の発明または第７の発明における「検出手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「進角制御手段」が、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０８、Ｓ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「進角度合調節手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０２の処理を実行することにより、前記第７の発明における「進角制御手段」が、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０の処理を実行することにより、前記第７の発明における「進角度合調節手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、「（２）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による自律制御（ＦＢ制御）」の欄で説明した「Ａ／Ｆ適合範囲」が、前記第２の発明における「所定範囲」に相当している。また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１１２の処理が実行されることにより、前記第６の発明における「優先手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ１１６の処理を実行することにより、前記第６の発明における「供給手段」が、それぞれ実現されている。

［実施の形態の変形例］
なお、上述した実施の形態における具体的処理では、「（１）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による触媒床温上昇」で述べたように、吸気弁５２、排気弁５６の開弁特性を実現するように、ＥＣＵ５０が、吸気可変動弁装置５４、排気可変動弁装置５８を制御する。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。排気弁５６の早閉じのみを実施しても良い。

なお、実施の形態では、「（３）ＥＧＲ量不足時の対処措置」で述べたように、失火が問題とならない範囲で内部ＥＧＲ量を増加させ、それでもなお空燃比に関する要求とトルク変動に関する要求の成立点に到達できない場合には可変動弁制御以外の他の手法によって触媒床温上昇を補助した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。例えば、ＥＧＲガス増量の役割を基本的に外部ＥＧＲ装置で行うものとし、外部ＥＧＲでは十分に供給し切れない分のＥＧＲガスを、ＶＶＴ制御による内部ＥＧＲ増量にて補っても良い。

なお、本実施形態の排気可変動弁装置５８は、排気弁５６の少なくとも閉じ時期を可変とするものであればよい。例えば次のような公知の機構を用いてもよい。
（１）排気弁５６を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、作用角（開弁期間）を一定としたままで開き時期および閉じ時期を連続的に進角あるいは遅角することができる位相可変機構。
（２）排気弁５６とカムシャフトとの間に揺動カムなどを介在させることにより、排気弁５６の開き時期はそのままに閉じ時期のみを連続的に変化させる作用角可変機構。
（３）カムシャフトを電気モータによって回転駆動することにより、弁を任意の時期に開閉可能な機構。
（４）任意の時期に開閉可能な電磁駆動弁。
なお、上記（１）の機構および（２）の機構を組み合わせても良い。

なお、図１の構成では、ディーゼルエンジン１０は、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置５４を備えている。しかし、本発明は必ずしもこれに限られない。吸気弁５２の開弁特性を固定として排気弁５６の早閉じのみを行う場合には、通常の動弁機構により吸気弁５２を駆動してもよい。

１０ ディーゼルエンジン
１２ 燃料インジェクタ
２０ 排気マニホールド
３４ 吸気マニホールド
５２ 吸気弁
５４ 吸気可変動弁装置
５６ 排気弁
５８ 排気可変動弁装置
６０ クランク軸
６２ クランク角センサ
６４ ピストン
２００ Ａ／Ｆ適合範囲

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
排気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関における前記排気弁の閉弁時期を制御するための開弁時期制御手段と、
前記内燃機関の失火を検出する検出手段と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度上昇を行う所定の条件下において、前記内燃機関の内部ＥＧＲ量が増加するように前記排気弁の前記閉弁時期を進角させる進角制御手段と、
前記進角制御手段による前記排気弁の前記閉弁時期の進角のあと、前記検出手段で失火が検出されたときに、前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を低減する進角度合調節手段と、
を備え、
前記進角度合調節手段は、前記内燃機関の空燃比が所定範囲内となるように前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を調節する手段を含み、
前記所定範囲は、第１の空燃比と前記第１の空燃比に比してリッチ側の第２の空燃比との間の空燃比の範囲であり、
前記第１の空燃比は、前記触媒の温度が所定温度以上の温度まで上昇する程度に前記触媒にＣＯを供給できる空燃比であり、
前記内燃機関は、外部ＥＧＲ装置を備え、
前記進角制御手段で前記排気弁の前記閉弁時期を進角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合であって、かつ前記進角度合調節手段で前記排気弁の前記閉弁時期を遅角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合に、前記進角度合調節手段での前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させる優先手段と、
前記優先手段で前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させた場合に、当該進角度合の低減を優先させたことによる不足分を補うように、前記外部ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを供給する供給手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第２の空燃比は、前記内燃機関の失火が生じない程度の空燃比であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記検出手段は、前記内燃機関のトルク変動を検出する手段を含み、
前記所定範囲は、前記内燃機関のトルク変動が所定値以下となる空燃比の範囲であることを特徴とする。

第１の発明によれば、触媒温度を上昇させようとする際にＥＧＲ量を増加させて触媒に多量のＣＯを供給することができ、その一方で、ＥＧＲ量増加に起因して失火が問題となるような場合には進角度合を低減して失火に対処することができる。また、空燃比が一定の範囲に収まるように閉弁時期の進角度合を調節することにより、進角や遅角の程度が過度に大きくなることを抑制することができる。また、触媒温度の上昇量を確保することができる。そして、触媒温度上昇と失火抑制の双方を考慮しつつそれらが両立できない場合には失火抑制を重視させ、ＥＧＲガスの不足分は外部ＥＧＲによって補うことができる。

第２の発明によれば、過度のリッチを避けて、失火を抑制することができる。

第３の発明によれば、トルク変動の検知値に基づいて、失火を抑制することができる。

なお、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が排気可変動弁装置５８の制御を行うことにより、前記第１の発明における「開弁時期制御手段」が、ＥＣＵ５０が、クランク角センサ６２のセンサ値から機関回転数を求めこの機関回転数の変動に基づいてトルク変動を検出し、失火の有無を検出することにより、前記第１の発明における「検出手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「進角制御手段」が、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１０８、Ｓ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「進角度合調節手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態においては、「（２）可変バルブタイミング（ＶＶＴ）による自律制御（ＦＢ制御）」の欄で説明した「Ａ／Ｆ適合範囲」が、前記第１の発明における「所定範囲」に相当している。また、上述した実施の形態においては、ＥＣＵ５０が図６のルーチンのステップＳ１１２の処理が実行されることにより、前記第１の発明における「優先手段」が、ＥＣＵ５０がステップＳ１１６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「供給手段」が、それぞれ実現されている。

Claims (7)

1. 排気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関における前記排気弁の閉弁時期を制御するための開弁時期制御手段と、
   前記内燃機関の失火を検出する検出手段と、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度上昇を行う所定の条件下において、前記内燃機関の内部ＥＧＲ量が増加するように前記排気弁の前記閉弁時期を進角させる進角制御手段と、
   前記進角制御手段による前記排気弁の前記閉弁時期の進角のあと、前記検出手段で失火が検出されたときに、前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を低減する進角度合調節手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記進角度合調節手段は、前記内燃機関の空燃比が所定範囲内となるように前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を調節する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定範囲は、第１の空燃比と前記第１の空燃比に比してリッチ側の第２の空燃比との間の空燃比の範囲であり、
   前記第１の空燃比は、前記触媒の温度が所定温度以上の温度まで上昇する程度に前記触媒にＣＯを供給できる空燃比であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定範囲は、第１の空燃比と前記第１の空燃比に比してリッチ側の第２の空燃比との間の空燃比の範囲であり、
   前記第２の空燃比は、前記内燃機関の失火が生じない程度の空燃比であることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記検出手段は、前記内燃機関のトルク変動を検出する手段を含み、
   前記所定範囲は、前記内燃機関のトルク変動が所定値以下となる空燃比の範囲であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、外部ＥＧＲ装置を備え、
   前記進角制御手段で前記排気弁の前記閉弁時期を進角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合であって、かつ前記遅角制御手段で前記排気弁の前記閉弁時期を遅角させるように前記可変動弁装置を制御しようとする場合に、前記進角度合調節手段での前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させる優先手段と、
   前記優先手段で前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合の低減を優先させた場合に、当該進角度合の低減を優先させたことによる不足分を補うように、前記外部ＥＧＲ装置によりＥＧＲガスを供給する供給手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 排気弁の開弁特性を変更可能な可変動弁装置を備えた内燃機関における前記排気弁の閉弁時期を制御するための開弁時期制御手段と、
   前記内燃機関の失火を検出する検出手段と、
   前記内燃機関の排気通路に設けられた触媒の温度の上昇を行う所定の条件下において、前記内燃機関の内部ＥＧＲ量が増加するように前記排気弁の前記閉弁時期を進角させる進角制御手段と、
   前記触媒の温度上昇の程度と前記内燃機関の空燃比のリッチ化の程度とに基づいて、前記検出手段で失火が検出されない範囲内又は失火の影響が所定条件を満たす程度に小さい範囲内において、前記排気弁の前記閉弁時期の進角度合を調節する進角度合調節手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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