WO2016104732A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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守人 浅野
晋平 五十部
清崇 山崎
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for controlling an internal combustion engine with a variable valve timing mechanism that can change the valve opening timing and / or valve closing timing of an intake valve.
  • variable valve timing mechanism One of the uses of the variable valve timing mechanism is the realization of Miller cycle (Atkinson cycle).
  • Miller cycle Atkinson cycle
  • the stroke length of the compression stroke is effectively expanded. Shorten the stroke length of the stroke.
  • the Miller cycle which makes the actual expansion ratio larger than the actual compression ratio is advantageous in that the heat efficiency can be improved by reducing the amount of exhaust heat.
  • the theoretical compression ratio of the cylinder (ratio between the combustion chamber volume when the piston is located at the bottom dead center and the ratio when the piston is located at the top dead center) tends to be high. .
  • an upper limit is set for the opening degree of the throttle valve, which is an intake throttle valve, and a precaution is taken so as not to make a transition to an operation region where there is a high risk of causing abnormal combustion.
  • the actual compression ratio of the cylinder is influenced by the intake valve timing embodied at that time. If the intake valve timing is greatly retarded, the risk of abnormal combustion is reduced, so reducing the throttle valve opening does not contribute to the suppression of abnormal combustion, and the output torque of the internal combustion engine is unnecessarily increased. It will only be suppressed. Therefore, it is desirable to adjust the upper limit of the throttle valve opening according to the current intake valve timing that the VVT mechanism implements, that is, the actual compression ratio of the cylinder.
  • the throttle valve opening may temporarily exceed the upper limit that should be present. Then, the possibility that abnormal combustion such as pre-ignition occurs in the cylinder increases. Moreover, even if an operation for reducing the throttle valve opening to an upper limit is executed, there is a time lag between the reduction of the throttle valve opening and the reduction of the intake amount actually flowing into the cylinder. Therefore, there is a concern that abnormal combustion will continue until the actual compression ratio of the cylinder decreases.
  • the present invention has been made by paying attention to the above points for the first time, and has an intended purpose of appropriately suppressing the occurrence of abnormal combustion.
  • the present invention controls an internal combustion engine with a variable valve timing mechanism that can change the actual compression ratio of the cylinder by changing the opening timing and / or closing timing of the intake valve.
  • the upper limit of the throttle valve opening when the actual compression ratio is high should be set higher than the upper limit of the throttle valve opening when the actual cylinder compression ratio is low, and there should be the current throttle valve opening
  • the control device for the internal combustion engine is configured to execute an increase correction of the fuel injection amount or a temporary stop of the fuel injection when the upper limit is exceeded and the difference between the two increases to a predetermined value or more.
  • the fuel injection amount increase correction is executed when the difference between the current throttle valve opening and the upper limit that should be is less than the threshold value, and the fuel injection is paused when the difference is more than the threshold value. It is preferable to do.
  • FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment.
  • the internal combustion engine in the present embodiment is a spark ignition type 4-stroke gasoline engine, and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided.
  • a spark plug 12 is attached to the ceiling of the combustion chamber of each cylinder 1.
  • the spark plug 12 receives spark voltage generated by the ignition coil and causes spark discharge between the center electrode and the ground electrode.
  • the ignition coil is integrally incorporated in a coil case together with an igniter that is a semiconductor switching element.
  • the intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1.
  • an air cleaner 31 On the intake passage 3, an air cleaner 31, an electronic throttle valve 32, a surge tank 33, and an intake manifold 34 are arranged in this order from the upstream.
  • the exhaust passage 4 for exhausting exhaust guides the exhaust generated by burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside.
  • An exhaust manifold 42 and an exhaust purification three-way catalyst 41 are disposed on the exhaust passage 4.
  • the exhaust gas recirculation (Exhaust Gas Recirculation) device 2 realizes a so-called high pressure loop EGR, and an external EGR that communicates the upstream side of the catalyst 41 in the exhaust passage 4 and the downstream side of the throttle valve 32 in the intake passage 3.
  • the passage 21, an EGR cooler 22 provided on the EGR passage 21, and an EGR valve 23 that opens and closes the EGR passage 21 and controls the flow rate of EGR gas flowing through the EGR passage 21 are used as elements.
  • the inlet of the EGR passage 21 is connected to the exhaust manifold 42 in the exhaust passage 4 or a predetermined location downstream thereof.
  • the outlet of the EGR passage 21 is connected to a predetermined location downstream of the throttle valve 32 in the intake passage 3, particularly to the surge tank 33.
  • the internal combustion engine of this embodiment is accompanied by a VVT mechanism 6 that can variably control the opening / closing timing of the intake valve of each cylinder 1.
  • the VVT mechanism 6 is a known one (motor drive VVT) in which the rotation phase of the intake camshaft that drives the intake valve of each cylinder 1 with respect to the crankshaft is changed by an electric motor.
  • an intake camshaft of an internal combustion engine is supplied with a rotational driving force from a crankshaft that is an output shaft of the internal combustion engine, and rotates following the crankshaft.
  • a winding transmission device (not shown) for transmitting a rotational driving force is interposed between the crankshaft and the intake camshaft.
  • the winding transmission includes a crank sprocket (or pulley) provided on the crankshaft side, a cam sprocket (or pulley) provided on the intake camshaft side, and a timing chain (or pulley) wound around these sprockets (or pulleys). Or a belt) as an element.
  • the VVT mechanism 6 changes the rotation phase of the intake camshaft relative to the crankshaft by rotating the intake camshaft relative to the cam sprocket, thereby changing the opening / closing timing of the intake valve.
  • the internal combustion engine in the present embodiment can perform mirror cycle operation by delaying the closing timing of the intake valve larger than the intake bottom dead center (for example, 55 ° CA (crank angle) or more) as necessary.
  • the opening timing of the intake valve when the mirror cycle operation is performed is delayed until the exhaust top dead center or a timing slightly delayed (for example, about 5 ° CA) from the exhaust top dead center.
  • ECU Electronic Control which is a control device of the internal combustion engine of the present embodiment (Unit) 0 is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
  • the input interface of the ECU 0 includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, and an accelerator pedal.
  • Accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the engine or the opening of the throttle valve 32 as an accelerator opening (so-called required load), output from a water temperature sensor that detects a cooling water temperature that indicates the temperature of the internal combustion engine
  • the intake air temperature / intake pressure signal f output from the temperature / pressure sensor that detects air temperature and intake pressure
  • the cam angle signal g output from the cam angle sensor at the cam angle
  • a signal h or the like is input.
  • the crank angle sensor senses the rotation angle of a rotor that is fixed to the shaft end of the crankshaft and rotates together with the crankshaft.
  • the rotor is formed with teeth or protrusions at predetermined angles along the rotation direction of the crankshaft. Typically, each time the crankshaft rotates 10 °, teeth or protrusions are placed.
  • the crank angle sensor faces the outer periphery of the rotor, detects that individual teeth or protrusions pass near the sensor, and transmits a pulse signal as a crank angle signal b each time. However, the crank angle sensor does not output 36 pulses during one revolution of the crankshaft. Some of the teeth or protrusions of the rotor of the crankshaft are missing.
  • Each missing tooth portion corresponds to a specific rotational phase angle of the crankshaft. Due to the missing tooth portion, a part of the pulse train of the crank angle signal b is also lost. Based on this missing pulse, the absolute angle (posture) of the crankshaft, in other words, the current position of the piston of each cylinder 1 can be known.
  • the cam angle sensor senses the rotation angle of the rotor fixed to the shaft end of the intake camshaft and rotating integrally with the intake camshaft. Teeth or protrusions are formed on the rotor at predetermined angles along the rotation direction of the intake camshaft.
  • the cam angle sensor faces the outer periphery of the rotor, detects that individual teeth or protrusions pass near the sensor, and transmits a pulse signal as the cam angle signal g each time. If both the crank angle signal b and the cam angle signal g are referred to, the current stroke of each cylinder 1 can be determined and known, and the current intake valve timing (the advance angle of the VVT mechanism 6) is realized. Amount) becomes clear.
  • the ignition signal i for the igniter From the output interface of the ECU 0, the ignition signal i for the igniter, the fuel injection signal j for the injector 11, the opening operation signal k for the throttle valve 32, the opening operation signal l for the EGR valve 23, VVT.
  • An intake valve timing control signal n or the like is output to the mechanism 6.
  • the processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine.
  • the ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1.
  • Estimate the intake volume Based on the engine speed, the intake air amount, etc., the required fuel injection amount, fuel injection timing (including the number of times of fuel injection for one combustion), fuel injection pressure, ignition timing, required EGR rate (or EGR rate) Volume), opening / closing timing of the intake valve, and the like.
  • the ECU 0 applies various control signals i, j, k, l, and n corresponding to the operation parameters via the output interface.
  • the throttle valve 32 which is an intake throttle valve is normally operated according to the amount of depression of the accelerator pedal by the driver. That is, the opening degree of the throttle valve 32 is increased as the amount of depression of the accelerator pedal is increased.
  • the ECU 0 of the present embodiment sets an upper limit on the opening degree of the throttle valve 32 and prevents the combustion of the abnormal combustion by opening the throttle valve 32 beyond the upper limit opening degree no matter how large the accelerator pedal depression amount is. To prevent this.
  • FIG. 2 illustrates the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 set by the ECU 0.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is lowered as the engine speed decreases.
  • a region with halftone dots (tones) is an operation region with a high risk of occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition.
  • the ECU 0 prevents the state of the internal combustion engine from transitioning to such an operating region by controlling the opening degree of the throttle valve 32 below the upper limit. Pre-ignition is unlikely to occur when the engine speed is higher than a certain level. Therefore, the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is eliminated or the throttle valve 32 is set to an upper limit of 100%. Manipulate.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is changed according to the opening / closing timing of the intake valve currently implemented by the VVT mechanism 6.
  • the ECU 0 raises the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 (relaxes the restriction on the opening degree of the throttle valve 32) as the advance amount from the most retarded timing of the intake valve timing is smaller, and moves the throttle valve 32. Extend the range.
  • the solid line represents the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 when the advance amount of the intake valve timing is large
  • the chain line represents the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 when the advance amount of the intake valve timing is small.
  • the broken line represents the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 when the advance amount of the intake valve timing is medium. The upper limit of the opening of the throttle valve 32 increases in the order of the solid line, the broken line, and the chain line.
  • the ECU 0 raises the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 as the actual compression ratio of the cylinder 1 decreases, so that the throttle valve 32 can be greatly expanded even in the low and middle rotation range, and the original output of the internal combustion engine. Demonstrate performance.
  • the ECU 0 lowers the upper limit of the opening of the throttle valve 32 as the actual compression ratio of the cylinder 1 increases, and restricts the expansion of the opening of the throttle valve 32 in the low / medium rotation range to generate pre-ignition or the like. Is suppressed.
  • the amount of change (increase) of the upper limit per unit time or per unit engine rotation (number of expansion strokes in the cylinder 1) to be small.
  • the change amount (decrease amount) of the upper limit per unit time or unit engine rotation is larger than the change amount (rise amount) when raising the upper limit. It is preferable to set. As described above, it is effective for surely preventing abnormal combustion that the throttle valve 32 is gently lifted when the upper limit of the opening degree is raised and quickly lowered when the throttle valve 32 is lowered.
  • the upper limit of the opening of the throttle valve 32 may be determined. In that case, the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is increased as f ′ (t) is retarded.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is determined based on the intake valve timing f (t) not subjected to the annealing process or the low-pass filter process. . In this case, it goes without saying that the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is lowered as f (t) advances.
  • the upper limit of the opening of the throttle valve 32 is shown in FIG. Reduce immediately to the lowest level represented by the solid line.
  • the ECU 0 for example, has a deviation between the intake valve timing commanded to the VVT mechanism 6 through the input of the control signal n and the actual intake valve timing obtained by referring to the crank angle signal b and the cam angle signal g. It is determined that the VVT mechanism 6 has failed when the predetermined amount or more continues for a certain time or a certain number of rotations (the number of expansion strokes in the cylinder 1).
  • the upper limit of the opening of the throttle valve 32 may be immediately lowered to the lowest level shown by the solid line in FIG.
  • the ECU 0 can determine whether or not abnormal combustion has occurred in the cylinder 1 with reference to the vibration signal e.
  • the upper limit of the current throttle valve 32 should be temporarily set. It may be greatly exceeded.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 corresponding to the intake valve timing and capable of avoiding the possibility of causing abnormal combustion is the point A ′ or the point B ′ on the solid line. That is, when the intake valve timing is rapidly advanced, a difference ⁇ A or a difference ⁇ B is generated between the current throttle valve 32 opening and the upper limit that should be.
  • the ECU 0 of the present embodiment exceeds the upper limit A ′ or B ′ where the current opening degree A or B of the throttle valve 32 should be, and the difference ⁇ A or ⁇ B between them is predetermined.
  • the throttle valve 32 is enlarged as described above, the fuel injection amount increase correction or the fuel injection pause is executed together with the reduction of the throttle valve 32 opening or prior to the reduction of the throttle valve 32 opening.
  • An increase in the fuel injection amount that enriches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture brings about a decrease in the temperature in the combustion chamber of the cylinder 1 due to the heat of vaporization (latent heat) of the fuel, reducing the risk of causing abnormal combustion such as pre-ignition. Needless to say, the fuel cut that interrupts the fuel injection leads to the avoidance of abnormal combustion.
  • the current opening degree A or B of the throttle valve 32 in other words, the engine load itself is compared with a threshold value, and when the opening degree A or B is less than the threshold value, the fuel injection amount increase correction is selected. It is also conceivable to select the temporary stop of the fuel injection when it is equal to or greater than the threshold value. Since there is no denying the possibility of instability of the engine rotation or engine stall due to the fuel cut, the fuel cut is executed only when the current engine speed is equal to or higher than the threshold value, otherwise the fuel cut is not executed. The fuel injection amount increase correction may be executed.
  • the fuel injection amount increase correction accompanying sudden change in the intake valve timing or after stopping the fuel injection, when the opening degree A or B of the throttle valve 32 is reduced to a certain size A ′ or B ′, or constant from that point
  • the fuel injection amount increase correction is terminated at a time point after the elapse of time or a certain number of rotations, or the stopped fuel injection is resumed.
  • the internal combustion engine attached with the VVT mechanism 6 that can change the actual compression ratio of the cylinder 1 by changing the opening / closing timing of the intake valve is controlled, and the actual compression ratio of the cylinder 1 is high.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 in the situation is set higher than the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 in the situation where the actual compression ratio of the cylinder 1 is low.
  • the control device 0 for the internal combustion engine is configured to execute an increase correction of the fuel injection amount or a temporary stop of the fuel injection when the difference between the two is larger than a predetermined value.
  • the present invention is not limited to the embodiment described in detail above.
  • the specific mode of the VVT mechanism 6 for changing the valve opening timing and / or the valve closing timing of the intake valve of each cylinder 1 of the internal combustion engine is arbitrary and is not uniquely limited.
  • multiple cams that drive the intake valve to open are prepared and used appropriately.
  • the lever ratio of the rocker arm Are known, and the intake valve is an electromagnetic solenoid valve, etc., and it is allowed to be selected from these various mechanisms.
  • the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve change synchronously, but the VVT mechanism 6 in other aspects Is mounted on the internal combustion engine, the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve can be changed asynchronously, or only the valve opening timing or only the valve closing timing can be changed. Therefore, the advance amount from the most retarded timing of the intake valve opening timing may be different from the advance amount from the most retarded timing of the same intake valve closing timing.
  • the cylinder opening / closing angle is set by advancing / retarding only the opening timing of the intake valve. It is possible to increase / decrease the amount of intake air charged in one combustion chamber.
  • the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 may be adjusted in accordance with the opening timing or closing timing (the advance amount) of the intake valve, as in the above embodiment. That is, the lower the actual compression ratio of the cylinder 1, the higher the upper limit of the opening degree of the throttle valve 32 is raised.
  • the means for detecting abnormal combustion is not limited to the vibration type knock sensor.
  • the present invention can be applied to control of an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
  • Control unit DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 11 ... Injector 32 ... Throttle valve 6 ... Variable valve timing (VVT) mechanism b ... Crank angle signal c ... Accelerator opening signal e ... Vibration signal g ... Cam angle signal k ... Opening operation signal n ... Intake valve timing Control signal

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Abstract

　異常燃焼を適切に抑止しながら、内燃機関が本来持つ出力性能を発揮できるようにするために、吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変更して気筒の実圧縮比を変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒の実圧縮比が高い状況におけるスロットルバルブの開度の上限を、気筒の実圧縮比が低い状況におけるスロットルバルブの開度の上限と比較して高く設定し、現在のスロットルバルブの開度があるべき上限を上回り、かつ両者の差が所定以上に拡大したときに、燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の一時停止を実行する内燃機関の制御装置を構成した。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は、吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変化させることのできる可変バルブタイミング（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ）機構が付帯した内燃機関を制御する制御装置に関する。
　車両等に搭載される内燃機関について、吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構を備えたものが公知である（例えば、下記特許文献を参照）。
　可変バルブタイミング機構の用途の一つとして、ミラーサイクル（アトキンソンサイクル）の実現が挙げられる。即ち、吸気バルブを排気上死点よりも遅いタイミングで開き、及び／または、吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じるようにバルブタイミングを設定することで、実効的に圧縮行程のストローク長を膨張行程のストローク長よりも短縮する。実圧縮比よりも実膨張比を大きくとるミラーサイクルは、排熱量を減少させて熱効率を高めることができる点で有利である。
　ミラーサイクル運転を行う内燃機関は、気筒の理論圧縮比（ピストンが下死点に位置するときの燃焼室容積と、ピストンが上死点に位置するときのそれとの比）が高くなる傾向にある。
特開２０１４－１２５８８１号公報
　近時の高圧縮比化に伴い、内燃機関の気筒でプレイグニッションやヘビーノックのような異常燃焼を惹起するリスクが高まっている。この種の異常燃焼は、エンジン回転数が低くアクセル開度が大きい低回転高負荷の運転領域で生起しやすい。
　そこで、吸気絞り弁であるスロットルバルブの開度に上限を設け、異常燃焼を惹起するリスクの高い運転領域に遷移しないようにする予防策を設けることが考えられる。気筒の実圧縮比は、そのときに具現している吸気バルブタイミングによる影響を受ける。吸気バルブタイミングを大きく遅角した場合、異常燃焼の発生リスクは低減することから、スロットルバルブの開度を縮小しても異常燃焼の抑止には寄与せず、不必要に内燃機関の出力トルクを抑制するだけとなる。従って、スロットルバルブの開度の上限は、ＶＶＴ機構が具現している現在の吸気バルブタイミング即ち気筒の実圧縮比に応じて調整することが望ましい。
　ＶＶＴ機構の故障その他の吸気バルブタイミングが急変する事象が生じた場合、スロットルバルブの開度があるべき上限を一時的に大きく上回る状態となることがあり得る。さすれば、気筒においてプレイグニッション等の異常燃焼が発生する可能性が高まる。しかも、スロットルバルブの開度をあるべき上限まで絞る操作を実行するとしても、スロットルバルブの開度の縮小と実際に気筒に流入する吸気量の減少との間にはタイムラグが存在する。それ故、気筒の実圧縮比が低下するまで異常燃焼が続発する懸念がある。
　本発明は、以上の点に初めて着目してなされたものであって、異常燃焼の続発を適切に抑止することを所期の目的としている。
　本発明では、吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変更して気筒の実圧縮比を変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒の実圧縮比が高い状況におけるスロットルバルブの開度の上限を、気筒の実圧縮比が低い状況におけるスロットルバルブの開度の上限と比較して高く設定し、現在のスロットルバルブの開度があるべき上限を上回り、かつ両者の差が所定以上に拡大したときに、燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の一時停止を実行する内燃機関の制御装置を構成した。
　より具体的には、現在のスロットルバルブの開度とあるべき上限との差が閾値未満である場合に燃料噴射量の増量補正を実行し、閾値以上である場合に燃料噴射の一時停止を実行することが好ましい。
　本発明によれば、気筒における異常燃焼の続発を適切に抑止することができる。
本発明の一実施形態における内燃機関及び制御装置の概略構成を示す図。 同実施形態の制御装置が設定するスロットルバルブ開度の上限とエンジン回転数及び吸気バルブタイミングとの関係を示す図。
　本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
　吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
　排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
　排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、特にサージタンク３３に接続している。
　本実施形態の内燃機関には、各気筒１の吸気バルブの開閉タイミングを可変制御できるＶＶＴ機構６が付随している。ＶＶＴ機構６は、各気筒１の吸気バルブを駆動する吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を電動機によって変化させる既知のもの（モータドライブＶＶＴ）である。周知の通り、内燃機関の吸気カムシャフトは、内燃機関の出力軸であるクランクシャフトから回転駆動力の供給を受け、クランクシャフトに従動して回転する。クランクシャフトと吸気カムシャフトとの間には、回転駆動力を伝達するための巻掛伝動装置（図示せず）が介在している。巻掛伝動装置は、クランクシャフト側に設けたクランクスプロケット（または、プーリ）と、吸気カムシャフト側に設けたカムスプロケット（または、プーリ）と、これらスプロケット（または、プーリ）に巻き掛けるタイミングチェーン（または、ベルト）とを要素とする。ＶＶＴ機構６は、吸気カムシャフトをカムスプロケットに対し相対的に回動させることを通じて、吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を変化させ、以て吸気バルブの開閉タイミングを変更する。
　本実施形態における内燃機関は、必要に応じ、吸気バルブの閉弁タイミングを吸気下死点よりも大きく（例えば、５５°ＣＡ（クランク角度）以上）遅らせてミラーサイクル運転を行うことができる。ミラーサイクル運転を行うときの吸気バルブの開弁タイミングは、排気上死点近傍ないし排気上死点から若干（例えば、５°ＣＡ程度）遅れたタイミングまで遅角する。
　本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ
　Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
　ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｄ、気筒１を内包しているシリンダブロックの振動の大きさを検出する振動式のノックセンサから出力される振動信号ｅ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｆ、吸気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、ブレーキペダルが踏まれていることまたはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ（ブレーキスイッチやマスタシリンダ圧センサ等）から出力されるブレーキ信号ｈ等が入力される。
　クランク角センサは、クランクシャフトの軸端部に固定されクランクシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、クランクシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。典型的には、クランクシャフトが１０°回転する都度、歯または突起が配置される。クランク角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度クランク角信号ｂとしてパルス信号を発信する。尤も、クランク角センサは、クランクシャフトが一回転する間に三十六回のパルスを出力するわけではない。クランクシャフトのロータの歯または突起は、その一部が欠損している。欠歯部分はそれぞれ、クランクシャフトの特定の回転位相角に対応する。そして、欠歯部分に起因して、クランク角信号ｂのパルス列もまた一部が欠損する。このパルスの欠損を基にして、クランクシャフトの絶対的な角度（姿勢）、換言すれば各気筒１のピストンの現在位置を知ることが可能である。
　また、カム角センサは、吸気カムシャフトの軸端部に固定され吸気カムシャフトと一体となって回転するロータの回転角度をセンシングするものである。そのロータには、吸気カムシャフトの回転方向に沿った所定角度毎に、歯または突起が形成されている。カム角センサは、ロータの外周に臨み、個々の歯または突起が当該センサの近傍を通過することを検知して、その都度カム角信号ｇとしてパルス信号を発信する。クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇをともに参照すれば、各気筒１の現在の行程を判別して知得できることに加えて、ＶＶＴ機構６が具現している現在の吸気バルブタイミング（の進角量）が明らかとなる。
　ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、イグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ＶＶＴ機構６に対して吸気バルブタイミングの制御信号ｎ等を出力する。
　ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）、吸気バルブの開閉タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
　吸気絞り弁であるスロットルバルブ３２は、通常、運転者によるアクセルペダルの踏込量に応じて操作する。即ち、アクセルペダルの踏込量が大きいほど、スロットルバルブ３２の開度を拡大する。しかしながら、エンジン回転数が低いとき、換言すれば各気筒１のピストンの運動速度が遅いときにスロットルバルブ３２を大きく開くと、プレイグニッションやヘビーノックのような異常燃焼を惹起する懸念がある。そこで、本実施形態のＥＣＵ０は、スロットルバルブ３２の開度に上限を設け、アクセルペダルの踏込量がいかに大きくともスロットルバルブ３２をその上限開度以上には開かないようにして、異常燃焼の発生の防止を図る。
　図２に、ＥＣＵ０が設定するスロットルバルブ３２の開度の上限を例示する。基本的に、スロットルバルブ３２の開度の上限は、エンジン回転数が低下するほど低くする。図２において、網点（トーン）を付している領域が、プレイグニッション等の異常燃焼が生起するリスクの高い運転領域である。ＥＣＵ０は、スロットルバルブ３２の開度を上限以下に抑制する制御により、内燃機関の状態がそのような運転領域に遷移しないようにする。エンジン回転数がある程度以上の高回転となっている場合には、プレイグニッションは発生し難いことから、スロットルバルブ３２の開度の上限を撤廃し、または開度１００％を上限としてスロットルバルブ３２を操作する。
　しかして、本実施形態では、現在ＶＶＴ機構６が具現している吸気バルブの開閉タイミングに応じて、スロットルバルブ３２の開度の上限を変更する。
　ＶＶＴ機構６を介して吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を最も遅角した位置に戻したとき、つまりは吸気バルブタイミングを最も遅角したタイミングとしたときには、吸気バルブが排気上死点近傍ないし排気上死点から若干遅れたタイミングで開弁し、吸気下死点から大きく遅れたタイミングで閉弁する。そして、ＶＶＴ機構６を介して吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を最も遅角した位置から進角させてゆくと、吸気バルブの開弁タイミングが排気上死点よりも早くなり、なおかつ吸気バルブの閉弁タイミングが吸気下死点に近づく。結果、気筒１に充填される吸気量（及び、燃料噴射量）が増加する。
　ＥＣＵ０は、吸気バルブタイミングの最遅角タイミングからの進角量が小さいほど、スロットルバルブ３２の開度の上限を高く引き上げ（スロットルバルブ３２の開度の制限を緩和し）、スロットルバルブ３２の可動範囲を拡張する。図２中、実線は吸気バルブタイミングの進角量が大きい場合におけるスロットルバルブ３２の開度の上限を表し、鎖線は吸気バルブタイミングの進角量が小さい場合におけるスロットルバルブ３２の開度の上限を表している。また、破線は吸気バルブタイミングの進角量が中程度の場合におけるスロットルバルブ３２の開度の上限を表している。スロットルバルブ３２の開度の上限は、実線、破線、鎖線の順に高くなる。
　吸気バルブタイミングの進角量が小さいほど、吸気バルブの閉弁タイミングが遅くなり、気筒１の実圧縮比が低下して気筒１に充填される吸気量が少なくなる。これは、当該気筒１においてプレイグニッション等を惹起するリスクが低減することを意味する。従って、ＥＣＵ０は、気筒１の実圧縮比の低下とともにスロットルバルブ３２の開度の上限を引き上げ、低中回転域であってもスロットルバルブ３２を大きく拡開できるようにして、内燃機関本来の出力性能を発揮させる。
　逆に、吸気バルブタイミングの進角量が大きくなると、吸気バルブの閉弁タイミングが早くなって気筒１の実圧縮比が上昇し、気筒１に充填される吸気量が多くなる。これは、当該気筒１においてプレイグニッション等を惹起するリスクが増大することを意味する。従って、ＥＣＵ０は、気筒１の実圧縮比の上昇に伴ってスロットルバルブ３２の開度の上限を引き下げ、低中回転域におけるスロットルバルブ３２の開度の拡大を制限して、プレイグニッション等の発生を抑止する。
　スロットルバルブ３２の開度の上限を引き上げる際の、単位時間あたりまたは単位エンジン回転（気筒１における膨張行程の回数）あたりの上限の変化量（上昇量）は、少なめに設定することが好ましい。翻って、スロットルバルブ３２の開度の上限を引き下げる際の、単位時間あたりまたは単位エンジン回転あたりの上限の変化量（下降量）は、上限を引き上げる際の変化量（上昇量）よりも多めに設定することが好ましい。このように、スロットルバルブ３２の開度の上限を引き上げるときには緩やかに引き上げ、引き下げるときには速やかに引き下げることが、異常燃焼の確実な防止のために有効である。
　スロットルバルブ３２の開度の上限を引き上げる際、時点ｔにおける吸気バルブタイミングｆ（ｔ）の時系列をなまし処理（移動平均をとる等）またはローパスフィルタ処理して得られる時系列ｆ’（ｔ）に基づき、スロットルバルブ３２の開度の上限を決定するようにしてもよい。その場合には、ｆ’（ｔ）が遅角しているほどスロットルバルブ３２の開度の上限を高くする。これに対し、スロットルバルブ３２の開度の上限を引き下げる際には、なまし処理またはローパスフィルタ処理していない吸気バルブタイミングｆ（ｔ）に基づいて、スロットルバルブ３２の開度の上限を決定する。その場合、ｆ（ｔ）が進角しているほどスロットルバルブ３２の開度の上限を低くすることは言うまでもない。
　なお、ＶＶＴ機構６に何らかの故障（吸気カムシャフトの回転位相が最も進角した位置で固着した等）が生じたことを感知した場合には、スロットルバルブ３２の開度の上限を、図２に実線で表している最低位まで即時に引き下げる。ＥＣＵ０は、例えば、制御信号ｎの入力を通じてＶＶＴ機構６に指令している吸気バルブタイミングと、クランク角信号ｂ及びカム角信号ｇを参照して知得される実際の吸気バルブタイミングとの偏差が所定量以上となっている状態が一定時間または一定の回転回数（気筒１における膨張行程の回数）継続したときに、ＶＶＴ機構６が故障していると判断する。
　気筒１においてプレイグニッション等の異常燃焼が発生したことを感知した場合にも、スロットルバルブ３２の開度の上限を、図２に実線で表している最低位まで即時に引き下げてよい。ＥＣＵ０は、振動信号ｅを参照して、気筒１において異常燃焼が生じているか否かを判定することができる。
　ところで、ＶＶＴ機構６の故障その他の理由により吸気バルブの開閉タイミングが急変した場合や、異常燃焼の発生を感知した場合等には、現在のスロットルバルブ３２の開度があるべき上限を一時的に大きく上回る状態となることがある。例えば、現在の内燃機関の運転領域が図２に示す鎖線上の点Ａまたは破線上の点Ｂにあるときに、吸気バルブタイミングが実線に相当する進角量まで急速に進角したとすると、その吸気バルブタイミングに対応した本来あるべき、異常燃焼を惹起するおそれを回避し得るようなスロットルバルブ３２の開度の上限は実線上の点Ａ’または点Ｂ’となる。即ち、吸気バルブタイミングが急速に進角することで、現在のスロットルバルブ３２の開度とあるべきその上限との間に差ΔＡまたは差ΔＢが生ずることとなる。
　無論、そのように吸気バルブタイミングが進角したときには、スロットルバルブ３２の開度を点Ａから点Ａ’に、または点Ｂから点Ｂ’に縮小する操作を実行するのであるが、スロットルバルブ３２の開度の縮小と実際に気筒１に流入する吸気量の減少との間にはタイムラグが存在する。そのため、実際に気筒１の実圧縮比が低下するまで、異常燃焼が続発する懸念がある。
　異常燃焼の続発を適切に抑止するべく、本実施形態のＥＣＵ０は、現在のスロットルバルブ３２の開度ＡまたはＢがあるべき上限Ａ’またはＢ’を上回り、かつ両者の差ΔＡまたはΔＢが所定以上に拡大したときに、スロットルバルブ３２の開度の縮小とともに、またはスロットルバルブ３２の開度の縮小に先んじて、燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の一時停止を実行する。
　混合気の空燃比をリッチ化させる燃料噴射量の増量は、燃料の気化熱（潜熱）による気筒１の燃焼室内温度の降下をもたらし、プレイグニッション等の異常燃焼を惹起するリスクを低下させる。また、燃料噴射を中断する燃料カットは、言うまでもなく異常燃焼の回避につながる。
　内燃機関が出力するエンジントルクへの影響は、当然ながら燃料噴射量の増量補正よりも燃料噴射の一時停止の方が大きい。そこで、現在のスロットルバルブ３２の開度ＡまたはＢとあるべきその上限Ａ’またはＢ’との間の差ΔＡまたはΔＢを閾値と比較して、その差ΔＡまたはΔＢが閾値未満である場合には燃料噴射量の増量補正を選択し、閾値以上である場合には燃料噴射の一時停止を選択することが望ましい。図２に示した例に則して述べると、現在のスロットルバルブ３２の開度が点Ａであり、あるべきその上限Ａ’との差ΔＡが比較的大きい状況では、燃料噴射を一時停止する燃料カットを実行する。これに対し、現在のスロットルバルブ３２の開度が点Ｂであり、あるべきその上限Ｂ’との差ΔＢが比較的小さい状況では、空燃比をリッチ化する燃料噴射量の増量補正を実行する。
　これ以外に、現在のスロットルバルブ３２の開度ＡまたはＢ、換言すればエンジン負荷そのものを閾値と比較し、その開度ＡまたはＢが閾値未満である場合に燃料噴射量の増量補正を選択し、閾値以上である場合に燃料噴射の一時停止を選択することも考えられる。燃料カットはエンジン回転の不安定化やエンジンストールを招来する可能性が否定できないので、現在のエンジン回転数が閾値以上である場合に限り燃料カットを実行し、さもなくば燃料カットを実行せず燃料噴射量の増量補正を実行するものとしてもよい。
　吸気バルブタイミングの急変に伴う燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の停止後、スロットルバルブ３２の開度ＡまたはＢがあるべき大きさＡ’またはＢ’まで縮小した時点で、あるいは当該時点から一定の時間または一定の回転回数が経過した後の時点で、燃料噴射量の増量補正を終了し、または停止していた燃料噴射を再開する。
　本実施形態では、吸気バルブの開閉タイミングを変更して気筒１の実圧縮比を変化させることのできるＶＶＴ機構６が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒１の実圧縮比が高い状況におけるスロットルバルブ３２の開度の上限を、気筒１の実圧縮比が低い状況におけるスロットルバルブ３２の開度の上限と比較して高く設定し、現在のスロットルバルブ３２の開度があるべき上限を上回り、かつ両者の差が所定以上に拡大したときに、燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の一時停止を実行する内燃機関の制御装置０を構成した。
　本実施形態によれば、気筒１における異常燃焼の続発を適切に抑止することができる。そのため、スロットルバルブ３２の開度の上限をできる限り高く引き上げ、内燃機関が本来持つ出力性能を最大限に発揮させて、車両の加速性能の向上を図ることが可能となる。
　なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。特に、内燃機関の各気筒１の吸気バルブの開弁タイミング及び／または閉弁タイミングを変化させるためのＶＶＴ機構６の具体的態様は任意であり、一意に限定されない。吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させるもの以外にも、吸気バルブを開弁駆動するカムを複数用意しておきそれらカムを適宜使い分けるもの、ロッカーアームのレバー比を電動機を介して変化させるもの、吸気バルブを電磁ソレノイドバルブとしたもの等が知られており、それら種々の機構の中から選択して採用することが許される。
　吸気カムシャフトのクランクシャフトに対する回転位相を進角／遅角させる態様のＶＶＴ機構６では、吸気バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとが同期して変化するが、これ以外の態様のＶＶＴ機構６を内燃機関に実装している場合には、吸気バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとを非同期に変化させたり、開弁タイミングのみまたは閉弁タイミングのみを変化させたりすることが可能である。それ故、吸気バルブの開弁タイミングの最遅角タイミングからの進角量と、同じ吸気バルブの閉弁タイミングの最遅角タイミングからの進角量とは、相異なることがある。
　吸気バルブの閉弁タイミングのみを進角／遅角させても、気筒１の燃焼室に充填される吸気量を増量／減量することは可能である。また、吸気バルブの開弁タイミングを排気上死点よりも大きく遅らせてミラーサイクル運転を行うことのできる内燃機関であれば、吸気バルブの開弁タイミングのみを進角／遅角させることで、気筒１の燃焼室に充填される吸気量を増量／減量することが可能である。これらの場合にも、上記実施形態と同様、吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミング（の進角量）に応じて、スロットルバルブ３２の開度の上限を調整すればよい。即ち、気筒１の実圧縮比が低くなるほど、スロットルバルブ３２の開度の上限を高く引き上げる。
　また、プレイグニッション等の異常燃焼を検出する手段は、振動式のノックセンサには限定されない。例えば、気筒１の燃焼室内で燃料が燃焼するときに点火プラグ１２の電極を流れるイオン電流を検出し、そのイオン電流信号の波形を参照して異常燃焼の発生の有無を判断することも可能である。
　その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
　本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。
　０…制御装置（ＥＣＵ）
　１…気筒
　１１…インジェクタ
　３２…スロットルバルブ
　６…可変バルブタイミング（ＶＶＴ）機構
　ｂ…クランク角信号
　ｃ…アクセル開度信号
　ｅ…振動信号
　ｇ…カム角信号
　ｋ…開度操作信号
　ｎ…吸気バルブタイミングの制御信号

Claims (2)

  1. 吸気バルブの開弁タイミングまたは閉弁タイミングを変更して気筒の実圧縮比を変化させることのできる可変バルブタイミング機構が付帯した内燃機関を制御するものであって、気筒の実圧縮比が高い状況におけるスロットルバルブの開度の上限を、気筒の実圧縮比が低い状況におけるスロットルバルブの開度の上限と比較して高く設定し、
    現在のスロットルバルブの開度があるべき上限を上回り、かつ両者の差が所定以上に拡大したときに、燃料噴射量の増量補正または燃料噴射の一時停止を実行する内燃機関の制御装置。
  2. 現在のスロットルバルブの開度とあるべき上限との差が閾値未満である場合に燃料噴射量の増量補正を実行し、閾値以上である場合に燃料噴射の一時停止を実行する請求項１記載の内燃機関の制御装置。
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