JPWO2012063314A1 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

エンジンの制御装置は、筒内燃料噴射式のエンジンにおいて、第１の吸気弁の位相を第２の吸気弁の位相よりも遅角する第１位相変更手段と、前記エンジンの吸入空気量を調整するスロットル弁を備え、前記エンジンの気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、前記第１位相変更手段によって前記第１の吸気弁の位相を前記第２の吸気弁の位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行うとともに、前記第１位相変更手段による吸気弁の位相制御を行って前記気筒内の空気量が前記目標値以下に減少することができない場合に、前記吸気弁の位相制御に引き続いて前記スロットル弁により前記気筒内の空気量が前記目標値以下となるように前記スロットル弁の絞り制御を行う制御部と、を備える。

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関する。

従来、減速リッチスパイクの実行に応じて、圧縮端の筒内温度に対応した所定の圧力以下になるようにディーゼルスロットルを絞り、筒内圧を制御することが行われている（例えば、特許文献１参照）。一方、２つの吸気弁の位相を異ならせることにより、気筒内の吸入空気の流動性を高め、燃焼改善を行うことが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２４８６５号公報 特開２００９−１４４５２１号公報

しかしながら、上記特許文献１のような制御を行った場合であっても、希薄燃焼の圧縮着火式（ディーゼル式）のエンジンでは、リッチ時に多量のスモークを排出することがある。また、通常、気筒から離れた位置に配置されるディーゼルスロットルにより空気量を絞った場合、ディーゼルスロットルから気筒までのボリュームによりガス輸送遅れが生じ、応答性が悪化するおそれがある。さらに、リッチスパイクにおいてリッチ燃焼を行うには、応答性よくリッチ状態を創出することが求められるが、上記特許文献２のような吸気弁の位相制御は、リッチ燃焼とすることは考慮しておらず、リッチスパイク制御に適用するために改良の余地があると考えられる。

そこで、本明細書開示のエンジンの制御装置は、スモークの発生抑制と、リッチ燃焼の応答性の向上を課題とする。

かかる課題を解決するために、本明細書開示のエンジンの制御装置は、筒内燃料噴射式のエンジンにおいて、第１の吸気弁の位相を第２の吸気弁の位相よりも遅角する第１位相変更手段と、前記エンジンの気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、前記第１位相変更手段によって前記第１の吸気弁の位相を前記第２の吸気弁の位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行う制御部と、を備えている。

第１の吸気弁の位相を遅角することにより、気筒内に留まる空気量が減少する。気筒内の空気量が減少することで、気筒内がリッチ状態となる。また、気筒内の空気量を減少させることにより有効圧縮比が低減する。このため、スモークの発生が抑制される。また、第１の吸気弁と第２の吸気弁の位相差は、気筒内にスワールを発生させる。スワールは燃焼性を改善し、スモークの発生を抑制することができる。このように気筒内への空気の導入を吸気弁の位相制御によって行うことにより、リッチ燃焼（リッチスパイク）の応答性が向上する。すなわち、気筒内への空気の導入はサイクリックに応答する吸気弁を介して行われるため、この吸気弁の位相制御によって空気の導入を制御することは、制御性、応答性の向上に資する。

本明細書開示のエンジンの制御装置は、筒内燃料噴射式のエンジンにおいて、第１の吸気弁の位相を第２の吸気弁の位相よりも遅角する第１位相変更手段と、前記エンジンの吸入空気量を調整するスロットル弁を備え、前記エンジンの気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、前記第１位相変更手段によって前記第１の吸気弁の位相を前記第２の吸気弁の位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行うとともに、前記第１位相変更手段による吸気弁の位相制御を行って前記気筒内の空気量が前記目標値以下に減少することができない場合に、前記吸気弁の位相制御に引き続いて前記スロットル弁により前記気筒内の空気量が前記目標値以下となるように前記スロットル弁の絞り制御を行う制御部と、を備えている。

吸気弁の位相制御を行っても空気量を目標値以下に減少することができない場合に初めてスロットル弁による空気量の制御が行われる。スロットル弁の絞り制御は、吸気弁の位相制御により不足する分の空気量の調整を行えばよい。このため、スロットル弁から気筒内へのガス輸送遅れによる応答性への影響が最小限となる。吸気弁の位相制御をスロットル弁の絞り制御に先立って行うことにより、以下の効果が奏される。まず、スワールによる燃料噴霧の拡散が促進され、気筒ボア壁への燃料付着、燃料によるオイル希釈が低減される。有効圧縮比を低減することによる燃焼温度低下で、排気温度も低減するため、リッチ燃焼継続時間を延ばす余地が生まれる。これにより、触媒制御時間の短縮、燃費改善を図ることができる。さらに、スロットル弁の絞り制御が最小限に留められるため、スロットル弁よりも下流側の吸気管の圧力が高く維持される。この結果、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の制御性が改善される。また、スロットル弁の絞り制御はポンプ損の増大を伴い、これによるトルクの低下、ドラビリへ影響が大きいと考えられる。また、どの程度ポンプ損が増大しているのかの推定は困難であり、このため、ドラビリ改善の制御を行うことも困難である。これに対し、吸気弁の位相制御では、吸気ポートを開放し、吸気弁を遅閉じすることによって気筒内の空気量を低減するため、ポンプ損への影響は抑制される。この結果、トルク段差が改善され、ドラビリへの影響も緩和される。

本願明細書開示のエンジンの制御装置は、前記第２の吸気弁の位相を変更する第２位相変更手段を備え、前記制御部は、前記第１位相変更手段による前記第１の吸気弁に対する遅角制御とともに、前記第２位相変更手段による前記第２の吸気弁を進角させる進角制御を行うことができる。

吸気弁の位相差を大きくすることができるため、スワールを強めることができる。この結果、さらにスモークの発生が抑制される。

ここで、前記制御部は、吸入空気量が少ないほど、前記第２の吸気弁の進角量を大きくすることができる。吸入空気量が少ないほど吸気の持つ慣性力が小さくなる。そこで、第１の吸気弁と第２の吸気弁との間の位相差を大きくしてスワールを強める趣旨である。

前記制御部は、前記エンジンの排気圧が予め定めた所定値以上となったときに、前記スロットル弁の絞り制御を抑制することができる。スロットル弁の絞り制御が抑制されれば、スロットル弁よりも下流の吸気管の圧力は高く保たれる。失火しない範囲で吸気管の圧力を高く保ち、排気圧との差を小さく維持してＥＧＲの制御性を維持する趣旨である。

前記制御部は、前記エンジンの排気圧が大きいほど、前記スロットル弁の開度を大きくすることができる。排気圧が大きいときは、スロットル弁の開度を大きくしてスロットル弁よりも下流側の吸気管の圧力を高く保つ。上記と同様にＥＧＲの制御性を維持する趣旨である。

前記制御部は、前記エンジンが高回転かつ高負荷である時に前記スロットル弁の絞り制御を抑制することができる。スロットル弁の絞り制御を行うことによるトルク低下時のドラビリ悪化が懸念される運転状態のときに、スロットル弁の絞り制御を抑制し、ドラビリ悪化を抑制する趣旨である。

前記制御部は、前記エンジンが高回転かつ高負荷となるほど、前記スロットル弁の開度を大きくすることができる。上記と同様にスロットル弁の絞り制御に起因するドラビリ悪化を抑制する趣旨である。

本明細書開示のエンジンの制御装置における前記制御部は、排気の温度が高いほど、前記第１の吸気弁の位相の遅角量を大きくすることができる。制御部は、失火しない範囲で遅角量を大きくし、排気温度を低下させる。リッチ燃焼継続時間の延長により触媒制御時間の短縮、燃費改善を図る趣旨である。特に、過給機を備える場合は、過給機を保護するために温度の制約があるが、排気温度を低下させることによるリッチ燃焼継続時間の延長が可能となる。

本明細書開示のエンジンの制御装置は、さらに、過給機を有し、前記制御部は、前記過給機の過給圧が目標過給圧よりも大きい場合に、前記第１の吸気弁の位相の遅角量を大きくすることができる。過給圧（実過給圧）が目標過給圧よりも大きい場合は、遅角量を大きくすることにより、気筒内の空気量を低減することができる。このような制御は、スロットル弁の絞りにより空気量が調整される場合と比較して、制御性、応答性、ポンプ損の面で有利となる。

本明細書開示のエンジンの制御装置は、さらに、排気弁の位相を変更する第３位相変更手段を備え、前記制御部は、排気の温度が高いほど、前記第３位相変更手段による前記排気弁の遅角量を大きくすることができる。排気損失を低減し、過給機へ与えられる仕事量を低減することにより、過給圧上昇を抑制する趣旨である。

前記制御部は、リッチ燃焼状態を終了させるときに、前記スロットル弁の開度を大きくした後、前記遅角していた第１の吸気弁を進角させる。遅角させることによってリッチ燃焼状態を創出していた第１の吸気弁を元に戻す、すなわち、進角させるときは、スロットル弁の開度を大きくした後に、進角させる。仮に、第１の吸気弁の進角が先に行われ、その後にスロットル弁の開度が大きくされると、進角された段階で急激にガス量が増大することに起因するチョークが発生するおそれがある。チョーク発生が抑制されることで、ポンプ損、燃費悪化、ドラビリ悪化が抑制される。

前記制御部は、リッチ燃焼状態を終了させるときに、前記スロットル弁の開度を大きくした後、前記進角していた第２の吸気弁を遅角させる。この制御は、第１の吸気弁の遅角とともに第２の吸気弁の進角を行うことによってリッチ燃焼状態としていた場合を想定したものである。上記においてスロットル弁の開度を大きくした後に第１の吸気弁を進角させるのと同様に、第２の吸気弁を遅角させる。これにより、チョーク発生が抑制され、ポンプ損、燃費悪化、ドラビリ悪化が抑制される。

本明細書開示のエンジンの制御装置によれば、スモークの発生抑制と、リッチスパイクの応答性の向上が図られる。

図１は、実施例のエンジンの制御装置が組み込まれたエンジンの全体構成図である。 図２は、実施例のエンジンの概略構成図である。 図３は、吸気カムシャフトの一例を示す説明図である。 図４は、エンジンの吸気系の一例を詳細に示すブロック図である。 図５は、エンジンの吸気弁及び排気弁の配置の一例を示す説明図である。 図６は、吸気弁の位相変化を示す図面である。 図７は、エンジンの制御装置において行われる制御の一例を示すフロー図である。 図８は、排気の温度と吸気弁の遅角量との関係を示すマップの一例である。 図９は、過給圧と吸気弁の遅角量との関係を示すマップの一例である。 図１０は、排気圧とスロットル弁の開度との関係を示すマップの一例である。 図１１は、エンジン回転数及びエンジン負荷とスロットル弁の開度との関係を示すマップの一例である。 図１２は、リッチ燃焼状態を終了させるときのフロー図の一例である。 図１３は、実施例２の吸気カムシャフトの一例を示す説明図である。 図１４は、吸入空気量と進角量との関係を示すマップの一例である。 図１５は、排気カムシャフトの一例を示す説明図である。 図１６は、排気の温度と排気弁の遅角量との関係を示すマップの一例である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。

図１は、実施例のエンジンの制御装置が組み込まれたエンジン５０の全体構成図である。本実施例におけるエンジン５０は、圧縮着火式のディーゼル機関であるが、筒内燃料噴射式のエンジンであれば、ガソリン機関とすることもできる。

図１に示すように、吸気系１０はエアフロメータ（Ａ／Ｃ）１１と、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）１２と、インテークマニホールド１３とを備えている。エアフロメータ１１は吸入空気量を計測する。インタークーラ１２は過給機３０が圧縮した吸気を冷却する。インテークマニホールド１３はエンジン５０の各気筒５１ａに吸気を分配する。

排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを備えている。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。触媒２２は排気を浄化する。過給機３０はコンプレッサ部３１とタービン部３２とを備えている。過給機３０は排気駆動式の可変容量型ターボチャージャであり、コンプレッサ部３１が吸気系１０に、タービン部３２が排気系２０にそれぞれ介在するようにして設けられている。

エンジン５０は、図２に示すように、気筒ブロック５１と、気筒ヘッド５２と、ピストン５３と、第１の吸気弁５４Ａ、第２の吸気弁Ｂと、排気弁５５と、燃料噴射弁５６と、吸気側ＶＶＴ（Variable Valve Timing）５７とを備えている。吸気側ＶＶＴ５７は、後に詳述するように第１の吸気弁５４Ａの位相を第２の吸気弁５４Ｂの位相よりも遅角する第１位相変更手段の一例である。

気筒ブロック５１には気筒５１ａが形成されている。気筒５１ａ内にはピストン５３が収容されている。気筒ブロック５１の上面には気筒ヘッド５２が固定されている。燃焼室５８は気筒ブロック５１、気筒ヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。

気筒ヘッド５２には吸気ポート５２ａと排気ポート５２ｂが形成されている。吸気ポート５２ａは燃焼室５８に吸気を導き、排気ポート５２ｂは燃焼室５８からガスを排気する。また、気筒ヘッド５２には第１の吸気弁５４Ａ、第２の吸気弁５４Ｂと排気弁５５が設けられている。第１の吸気弁５４Ａ、第２の吸気弁５４Ｂは、吸気ポート５２ａを開閉し、排気弁５５は排気ポート５２ｂを開閉する。

図３は、第１の吸気弁５４Ａと第２の吸気弁５４Ｂを駆動する吸気カムシャフト１００の説明図である。吸気カムシャフト１００は、内部シャフト１０１が外部シャフト１０２内に回転自在に嵌め込まれた二重構造となっている。内部シャフト１０１には、第１カム１０３が固定ピン１０４により固定されている。第１カム１０３は、外部シャフト１０２に設けられた溝１０２ａから外部に露出した状態となっている。第１カム１０３は、内部シャフト１０１が外部シャフト１０２に対して回転することにより、位相変化することができる。外部シャフト１０２には、第２カム１０５が圧入により固定されている。第１カム１０３は、第１の吸気弁５４Ａを駆動する。第２カム１０５は、第２の吸気弁５４Ｂを駆動する。

図４は、エンジン５０の吸気系１０を詳細に示すブロック図である。吸気系１０には、空気の流れに沿って、エアフロメータ１１、過給機３０、インタークーラ１２、スロットル弁６０、インテークマニホールド１３、吸気ポート５２ａが配列されている。そして、吸気側ＶＶＴ５７によって駆動される吸気弁５４Ａ（５４Ｂ）を通じて気筒５１ａ内に空気が導入される。スロットル弁６０は、吸入空気量を調整する。スロットル弁６０とインテークマニホールド１３との間、すなわち、スロットル弁６０の下流側には、ＥＧＲパイプ６１が接続されている。ＥＧＲパイプ６１には、ＥＧＲ弁６２が配設されている。なお、スロットル弁６０が絞り制御により絞られると、スロットル弁６０の下流側となるＡで示した領域が負圧となる。一方、ＥＧＲパイプ６１のＥＧＲ弁６２よりも上流側は、排気により高圧となる。ＥＧＲ弁６２は、その上流側と下流側との圧力差に応じて開閉動作をする。

図５に示すように、吸気ポート５２ａは具体的には、上流側から燃焼室５８に向かって分岐および開口した部分吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２を備えている。排気ポート５２ｂは、下流側から燃焼室５８に向かって分岐および開口した部分排気ポートＥｘ１、Ｅｘ２を備えている。そして、第１の吸気弁５４Ａが部分吸気ポートＩｎ１を、第２の吸気弁５４Ｂが部分吸気ポートＩｎ２を、２つの排気弁５５が部分排気ポートＥｘ１、Ｅｘ２を開閉する。

部分吸気ポートＩｎ１は部分吸気ポートＩｎ２よりも流量係数が小さくなっている。具体的には、部分吸気ポートＩｎ１のほうが部分吸気ポートＩｎ２よりも流路断面積が小さくなっている。このため、第１の吸気弁５４Ａは第２の吸気弁５４Ｂよりもバルブ径が小さくなっている。後に詳述するように第１の吸気弁５４Ａを第２の吸気弁５４Ｂよりも遅角させた場合、気筒５１ａ内へは、第２の吸気弁５４Ｂからの空気の導入が先となる。このように、気筒５１ａ内へ空気が導入されるタイミングがずらされることにより、スワールを発生させることができる。さらに、遅角される側の第１の吸気弁５４Ａを流量係数の小さい部分吸気ポートＩｎ１側に設置することにより、気筒５１ａ内への空気の導入の勢いに差を設け、よりスワールを強めることができる。スワールを強めることはスモークの低減に有効である。

図２に示すように、気筒ヘッド５２には燃料噴射弁５６が設けられている。燃料噴射弁５６は筒内に直接燃料を噴射する。また、気筒ヘッド５２には吸気側ＶＶＴ５７が設けられている。吸気側ＶＶＴ５７には、第１の吸気弁５４Ａ、第２の吸気弁５４Ｂのうち、第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期を変更可能なものを適用する。すなわち、吸気側ＶＶＴ５７は、図３に示す内部シャフト１０１の位相を変化させる。

エンジン５０には各種のセンサが設けられている。具体的には例えばエアフロメータ１１や、クランク角度や機関回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサ７１や、エンジン５０の冷却水温を検出するための水温センサ７２や、筒内圧Ｐ０を検出するための筒内圧センサ７３などが設けられている。また吸気系１０には、過給圧Ｐを検出するための過給圧センサ７４や、吸気温度Ｐ０´を検出するための温度センサ７５が設けられている。また吸気側ＶＶＴ５７には、バルブタイミングを検出するためのバルブタイミングセンサ７６が設けられている。

ＥＣＵ１は制御部に相当する電子制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータや入出力回路を備えている。ＥＣＵ１にはエアフロメータ１１や前述したセンサ７１〜７６など各種のセンサやスイッチ類が電気的に接続されている。また過給機３０や、燃料噴射弁５６や、吸気側ＶＶＴ５７などの各種の制御対象が電気的に接続されている。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段などが機能的に実現される。

ＥＣＵ１は、エンジン５０の気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、吸気側ＶＶＴ５７によって第１の吸気弁５４Ａの位相を第２の吸気弁５４Ｂの位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行う。さらに、吸気側ＶＶＴ８７による吸気弁の位相制御を行って気筒５１ａ内の空気量が目標値以下に減少することができない場合に、次の措置を講じる。すなわち、吸気弁の位相制御に引き続いてスロットル弁６０により気筒５１ａ内の空気量が目標値以下となるようにスロットル弁の絞り制御を行う。

ＥＣＵ１は第１の吸気弁５４Ａ、第２の吸気弁５４Ｂのうち、第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期を遅角させる吸気弁の位相制御を行う。具体的には、図６に示すように第２の吸気弁５４Ｂのバルブタイミングを固定しつつ、第１の吸気弁５４Ａの開弁時期および閉弁時期を一体的に変更することで、第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期を遅角制御する。そしてこれにより、第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期を第２の吸気弁５４Ｂの閉弁時期よりも遅角させる。ＥＣＵ１は吸気側ＶＶＴ５７を制御対象として、第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期を遅角制御する。ここでＥＣＵ１が行う遅角制御は、第１の吸気弁５４Ａを遅閉じにするという意味での遅角制御である。したがって第１の吸気弁５４Ａの閉弁時期は吸気下死点よりも遅角側に設定される。

ＥＣＵ１は、各種センサ７１〜７６により取得した情報、また、これらの各種センサ７１〜７６によって取得された情報に基づいて、吸入空気量、排気圧、エンジン回転数、負荷、排気の温度、過給圧等を把握する。また、リッチ燃焼とするための気筒内の空気量の目標値を把握する。

つぎに、以上のようなエンジン５０において制御装置によって行われる制御の一例を説明する。図７は、エンジンの制御装置において行われる制御（リッチ燃焼制御）の一例を示すフロー図である。この制御は、ＥＣＵ１が主体となって行われる。

まず、ステップＳ１では、吸気弁の位相制御を行う。具体的には、ＥＣＵ１は吸気側ＶＶＴ５７に指令を発することにより、第１の吸気弁５４Ａの遅角制御を行う。まず第１の吸気弁５４Ａの遅角制御を行うことにより、第１の吸気弁５４Ａよりも先に第２の吸気弁５４Ｂから空気が導入されるようになり、スワールを発生させることができる。スワールの発生により、燃焼を改善し、スモークの発生を抑制することができる。また、気筒５１ａに近い位置に配置される第１の吸気弁５４Ａを制御することになるので、良好な応答性が確保される。仮に、スロットル弁６０を最初に制御すると、ピストン５３の動き、燃焼のタイミングを考慮することなく空気量を調整することになる。これに対し、吸気弁の位相制御を先に行うことによりサイクリックな空気量の調整が可能となる。

ステップＳ１に引き続き、ステップＳ２では、ステップＳ１による吸気弁の位相制御により、吸入空気量が、気筒５１ａ内の目標空気量よりも少なくなっているか否かを判断する。ステップＳ２において、Ｙｅｓと判断したときは、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、燃料の噴射諸元を変更する等の措置が採られ、リッチ燃焼を行う。

一方、ステップＳ２でＮｏと判断したときは、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、スロットル弁６０の絞り制御を行う。すなわち、吸気弁の位相制御を行っても空気量を目標値以下に減少することができない場合に初めてスロットル弁６０による空気量の制御を行う。スロットル弁６０の絞り制御は、吸気弁の位相制御により不足する分の調整を行う。このため、スロットル弁６０から気筒５１ａ内へのガス輸送遅れによる応答性の悪化を最小限に留めることができる。ステップＳ３の後は、ステップＳ４の処理を行う。すなわち、リッチ燃焼を行う。

このように、吸気弁の位相制御をスロットル弁の絞り制御に先立って行うことにより、以下の効果が奏される。まず、スワールによる燃料噴霧の拡散が促進される。そして、気筒ボア壁への燃料付着、燃料によるオイル希釈を低減することができる。リッチ燃焼時は、気筒５１ａ内の空気量が減少する。すなわち、気筒５１ａ内のガスの密度が低下するため、燃料の噴霧の貫徹力が増大する。この結果、気筒ボア壁への燃料の付着、オイルの希釈が生じ易くなる。このような状況に対し、吸気弁の位相制御がスロットル弁の絞り制御に先立って行われることにより、スワールの発生による噴霧の拡散促進が図られる。この結果、筒内ボア壁への燃焼の付着、オイル希釈が抑制される。

また、有効圧縮比が低減することによる燃焼温度低下で、排気温度も低減する。このため、リッチ燃焼継続時間を延ばすことができる。これにより、触媒制御時間の短縮、燃費改善が図られる。すなわち、リッチ燃焼を行うと排気の温度が上昇する。このため、特に、過給機を装着している場合、過給機の保護のために温度の制約を受けることがあるが、このような場合であってもリッチ燃焼を継続することができる。

また、スロットル弁の絞り制御が最小限に留められるため、スロットル弁よりも下流側（特に図４においてＡで示す領域）の吸気管の圧力を高く維持することができる。この結果、ＥＧＲの制御性が改善される。すなわち、ＥＧＲ弁６２は、その上流側と下流側との圧力差に応じて作動する。このため、図４中、Ａで示す領域の圧力がスロットル弁６０の絞りにより低下し、ＥＧＲ弁６２の上流と下流とで圧力差が大きくなると、制御性が悪化する。すなわち、ＥＧＲ弁６２が僅かに開いただけで大量のＥＧＲガスが導入されることになり、ＥＧＲの制御性が悪化する。ＥＧＲの制御性が悪化すると、ＥＧＲガスが過多となったり、不足したりすることが生じ易くなり、これがエミッションの悪化を招くことがある。スロットル弁の絞り制御に先行して吸気弁の位相制御を行うことにより、リッチ燃焼中や、リッチ燃焼から復帰するときの制御性を改善することができる。

さらに、スロットル弁の絞り制御はポンプ損の増大を伴い、これによりトルクの低下、ドラビリの悪化が生じるおそれがある。また、どの程度ポンプ損が増大しているのかの推定は困難であり、このため、ドラビリ改善の制御を行うことも困難である。これに対し、吸気弁の位相制御では、吸気ポート５２ａを開放し、第１の吸気弁５４Ａを遅閉じすることによって気筒内の空気量を低減するため、ポンプ損の悪化は抑制される。この結果、ドラビリの悪化も抑制される。

このように、吸気弁の位相制御を行うこと、さらに、吸気弁の位相制御をスロットル弁の絞り制御に先行して行うことにより、種々の効果を得ることができる。

ここで、ステップＳ１において考慮することができる種々の事項を説明する。なお、説明の都合上、これらの事項は、個別に説明するが、複数の事項を同時に考慮した制御とすることもできる。
≪排気の温度≫

ＥＣＵ１は、ステップＳ１において、エンジン５０の排気の温度を考慮することができる。図８は、排気の温度と吸気弁の遅角量との関係を示すマップの一例である。リッチ燃焼を行うことにより排気の温度があまりに高温となるときは、リッチ燃焼を継続することは望ましくない。特に、過給機３０を備えている場合に、過給機３０保護の観点から制約を受ける場合がある。このため、排気の温度が高いほど、第１の吸気弁５４Ａの位相の遅角量を大きくする。これにより、有効圧縮比を低下し、排気の温度を低下させることができる。これにより、過給機３０の保護を図ることができる。このように、排気の温度を過給機３０の保護が図られる範囲とすることにより、過給機３０を保護しつつ、リッチ燃焼継続時間を延ばすことができる。これにより、触媒制御時間を短縮し、燃費改善に資することができる。
≪過給圧≫

ＥＣＵ１は、ステップＳ１において、エンジン５０における過給圧を考慮することができる。図９は、過給圧と吸気弁の遅角量との関係を示すマップの一例である。過給圧の変化には、いわゆるターボラグによる応答遅れが伴う。このため、過給圧の制御を行っていても、実過給圧が、目標過給圧を上回ってしまうことがある。このように実過給圧が目標過給圧を上回った場合、スロットル弁の絞りにより対応しようとすると、制御性、レスポンスの悪化が懸念される。そこで、第１の吸気弁５４Ａの遅角量を増すことにより、過給圧増に伴って増加した分の空気を減量する。これにより、制御性、応答性を維持することができる。このような制御は、ポンプ損の面でも有利となる。

つぎに、スロットル弁の絞り制御（ステップＳ３）において考慮することができる種々の事項を説明する。なお、説明の都合上、これらの事項は、個別に説明するが、複数の事項を同時に考慮した制御とすることもできる。
≪排気圧≫

ＥＣＵ１は、スロットル弁の絞り制御（ステップＳ３）において、エンジン５０の排気圧を考慮することができる。図１０は、排気圧とスロットル弁の開度との関係を示すマップの一例である。ＥＣＵ１は、エンジン５０の排気圧が大きいほど、スロットル弁６０の開度を大きくする。換言すれば、スロットル弁６０の絞り量を小さくする。さらに、ＥＣＵ１は、エンジン５０の排気圧が予め定めた所定値以上となったときに、スロットル弁の絞り制御を抑制、さらに言えば禁止する。

排気圧が高い場合に、スロットル弁６０の絞りを大きくし、スロットル弁６０の下流側の圧力を低下させると、ＥＧＲ弁６２の上流側と下流側との圧力差が益々大きくなる。ＥＧＲ弁６２の上流側と下流側との圧力差が大きくなると、上述のようにＥＧＲの制御性が悪化する。そこで、排気圧が大きいときは、スロットル弁６０の開度を大きくしてスロットル弁６０よりも下流側の吸気管の圧力を高く保つ。これにより、ＥＧＲの制御性を維持する。排気圧が閾値より高いときは、絞り制御を禁止し、スロットル弁６０を全開とする。
≪エンジン回転数及びエンジン負荷≫

ＥＣＵ１は、スロットル弁の絞り制御（ステップＳ３）において、エンジン５０の回転数と負荷を考慮することができる。図１１は、エンジン回転数及びエンジン負荷とスロットル弁６０の開度との関係を示すマップの一例である。ＥＣＵ１は、エンジン５０が高回転かつ高負荷となるほど、スロットル弁６０の開度を大きくし、エンジン５０が高回転かつ高負荷である時（予め定めた閾値を越えたとき）にスロットル弁６０の絞り制御を抑制、さらに言えば禁止する。

エンジンが高回転かつ高負荷となるにつれて、スロットル弁の絞り制御を行うことによるトルク低下時のドラビリ悪化が大きくなる。このような場合に、スロットル弁の絞り量を抑制し、スロットル弁６０の開度を大きくする。回転数及び負荷が閾値より高い領域のときは、絞り制御を禁止し、スロットル弁６０を全開とする。これにより、ドラビリ悪化が抑制される。

つぎに、リッチ燃焼状態を終了させるときの制御について説明する。ＥＣＵ１は、リッチ燃焼状態を終了させると判断したときは、図１２に示すフロー図に基づいて、リッチ燃焼状態（リッチスパイク）を終了させる。まず、ステップＳ１１において絞っているスロットル弁６０の開度を大きくする。その後、ステップＳ１２において第１の吸気弁を進角側に制御する。このような順番とすることで、スロットル弁６０におけるチョークの発生を抑制することができる。この結果、ポンプ損、燃費悪化、ドラビリ悪化を抑制することができる。

以上説明したように、実施例のエンジンの制御装置によれば、スモークの発生抑制と、リッチ燃焼の応答性を向上させることができる。

つぎに、実施例２について図１３、図１４を参照しつつ説明する。実施例２が実施例１と異なる点は、実施例２が第２の吸気弁５４Ｂの位相を変更する第２位相変更手段に相当する吸気側ＶＶＴ１５７を備えている点である。吸気側ＶＶＴ１５７は、図１３に示すように、外部シャフト１０２に装着される。これにより、吸気側ＶＶＴ１５７は、外部シャフト１０２に圧入された第２カム１０５によって駆動される第２の吸気弁５４Ｂの位相を変更する。ＥＣＵ１は、吸気側ＶＶＴ５７による第１の吸気弁５４Ａに対する遅角制御とともに、吸気側ＶＶＴ１５７による第２の吸気弁５４Ｂを進角させる進角制御を行う。

このように位相差を拡大することにより、スワールを強めることができ、この結果、スモークの発生をさらに抑制することができる。

このように、第２の吸気弁５４Ｂを進角させる場合、ＥＣＵ１は、吸入空気量が少ないほど、第２の吸気弁５４Ｂの進角量を大きくする。図１４は、吸入空気量と第２の吸気弁５４Ｂの進角量との関係を示すマップの一例である。気筒５１ａ内への吸入空気量が少ない場合、吸気の持つ慣性力は小さくなる。そこで、第１の吸気弁と第２の吸気弁との間の位相差を大きくしてスワールを強める。この結果、スモークの発生を抑制することができる。

このように、第２の吸気弁５４Ｂの進角制御を行った場合において、ＥＣＵ１は、リッチ燃焼状態を終了させる際、スロットル弁６０の開度を大きくした後、進角していた第２の吸気弁６４Ｂを遅角させて、元の状態とする。具体的には、図１２に示すステップＳ１１において、第１の吸気弁５４Ａの進角とともに第２の吸気弁５４Ｂの遅角を行ってリッチ燃焼状態を終了させる。

このように、第２の吸気弁５４Ｂを進角させることにより、よりスモークの発生を抑制することができる。

つぎに、実施例３について、図１５、図１６を参照しつつ説明する。実施例３が実施例１と異なる点は、排気弁５５の位相を変更する第３位相変更手段に相当する排気側ＶＶＴ２０７を備えている点である。排気側ＶＶＴ２０７は、図１５に示すように、排気弁５５を駆動する排気カム２０１が圧入された排気カムシャフト２００に装着されている。排気側ＶＶＴ２０７の構成は、吸気側ＶＶＴ５７の同様であるのでその詳細な説明は省略する。図１６は、排気の温度と排気弁５５の遅角量との関係を示すマップの一例である。ＥＣＵ１は、排気の温度が高いほど、排気側ＶＶＴ２０７による排気弁５５の遅角量を大きくする。排気損失を低減し、過給機３０へ与えられる仕事量を低減することにより、過給圧上昇を抑制する。過給圧上昇が抑えられることにより、気筒５１ａ内へ導入される空気量を低減することができる。このように、過給圧の上昇を押さえることによる空気量の低減は、スロットル弁の絞りによる場合と比較して制御性、応答性、ポンプ損の面で有利となる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１…ＥＣＵ
３０…過給機
５０…エンジン
５４Ａ…第１の吸気弁
５４Ｂ…第２の吸気弁
５５…排気弁
５７、１５７…吸気側ＶＶＴ
６０…スロットル弁
６１…ＥＧＲパイプ
６２…ＥＧＲ弁
１００…吸気カムシャフト
２００…排気カムシャフト
２０７…排気側ＶＶＴ

Claims (13)

1. 筒内燃料噴射式のエンジンにおいて、
   第１の吸気弁の位相を第２の吸気弁の位相よりも遅角する第１位相変更手段と、
   前記エンジンの吸入空気量を調整するスロットル弁を備え、
   前記エンジンの気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、前記第１位相変更手段によって前記第１の吸気弁の位相を前記第２の吸気弁の位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行うとともに、前記第１位相変更手段による吸気弁の位相制御を行って前記気筒内の空気量が前記目標値以下に減少することができない場合に、前記吸気弁の位相制御に引き続いて前記スロットル弁により前記気筒内の空気量が前記目標値以下となるように前記スロットル弁の絞り制御を行う制御部と、
   を、備えたエンジンの制御装置。
2. 前記第２の吸気弁の位相を変更する第２位相変更手段を備え、
   前記制御部は、前記第１位相変更手段による前記第１の吸気弁に対する遅角制御とともに、前記第２位相変更手段による前記第２の吸気弁を進角させる進角制御を行う請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 前記制御部は、吸入空気量が少ないほど、前記第２の吸気弁の進角量を大きくする請求項２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記制御部は、前記エンジンの排気圧が予め定めた所定値以上となったときに、前記スロットル弁の絞り制御を抑制する請求項１乃至３のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
5. 前記制御部は、前記エンジンの排気圧が大きいほど、前記スロットル弁の開度を大きくする請求項１乃至４のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
6. 前記制御部は、前記エンジンが高回転かつ高負荷である時に前記スロットル弁の絞り制御を抑制する請求項１乃至５のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
7. 前記制御部は、前記エンジンが高回転かつ高負荷となるほど、前記スロットル弁の開度を大きくする請求項１乃至６のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
8. 前記制御部は、排気の温度が高いほど、前記第１の吸気弁の位相の遅角量を大きくする請求項１乃至７記載のエンジンの制御装置。
9. さらに、過給機を有し、
   前記制御部は、前記過給機の過給圧が目標過給圧よりも大きい場合に、前記第１の吸気弁の位相の遅角量を大きくする請求項１乃至８記載のエンジンの制御装置。
10. さらに、排気弁の位相を変更する第３位相変更手段を備え、
    前記制御部は、排気の温度が高いほど、前記第３位相変更手段による前記排気弁の遅角量を大きくする請求項８又は請求項９記載のエンジンの制御装置。
11. 前記制御部は、リッチ燃焼状態を終了させるときに、前記スロットル弁の開度を大きくした後、前記遅角していた第１の吸気弁を進角させる請求項１乃至請求項１０のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
12. 前記制御部は、リッチ燃焼状態を終了させるときに、前記スロットル弁の開度を大きくした後、前記進角していた第２の吸気弁を遅角させる請求項２乃至請求項１０のいずれか一項記載のエンジンの制御装置。
13. 筒内燃料噴射式のエンジンにおいて、
    第１の吸気弁の位相を第２の吸気弁の位相よりも遅角する第１位相変更手段と、
    前記エンジンの気筒内の空気量を目標値まで減少させてリッチ燃焼となるように、前記第１位相変更手段によって前記第１の吸気弁の位相を前記第２の吸気弁の位相よりも遅角させる吸気弁の位相制御を行う制御部と、
    を備えたエンジンの制御装置。

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