過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置
【課題】ターボ過給機とバルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置を備えた内燃機関で、実吸入空気量ＩＴＡＣに基づいてバルブオーバーラップ量を設定すると、非過給域から過給域への加速過渡期に、吸気負圧が大気圧近傍で、バルブオーバーラップ量が掃気重視の設定に切り換わらず、過給圧の立ち上がりが遅れる。
【解決手段】非過給域から過給域への加速過渡期には、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを用いて実吸入空気量ＩＴＡＣを増加させることで、実吸入空気量ＩＴＡＣにかかわらず、バルブオーバーラップ量を掃気重視の設定へ向けて増加させる。
【解決手段】非過給域から過給域への加速過渡期には、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを用いて実吸入空気量ＩＴＡＣを増加させることで、実吸入空気量ＩＴＡＣにかかわらず、バルブオーバーラップ量を掃気重視の設定へ向けて増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機と可変動弁装置とを備えた内燃機関に関し、特に、非過給域から過給域への加速過渡期におけるバルブオーバーラップ量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ターボ過給機と、吸気弁や排気弁の開閉時期を変更可能な可変バルブタイミング機構等の可変動弁装置と、を備えた内燃機関において、運転者のアクセル操作により加速時であると判定した場合には、加速性能を確保するように、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を制御することにより、排気タービンの回転駆動力をアシストする排気ガスのエネルギー量を所定値以上に保持する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在開発中のシステムでは、バルブオーバーラップ量は、内燃機関のシリンダ内へ供給される吸入空気量に応じて設定され、例えばターボ過給機による過給が行われる過給域では、過給（掃気）効果を促進するように、実吸気圧力が大気圧近傍で設定されるバルブオーバーラップ量に比して、バルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とされる。また、実吸気圧力が大気圧近傍の運転域では、定常運転での要求からバルブオーバーラップ量を小さくし、内燃機関が出力するエネルギーの多くがエンジントルクに変換されるようにトルク重視の設定とされる。
【０００５】
このようなシステムにおいて、仮に運転者により操作されるアクセル開度やスロットル開度等に基づく要求吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定すると、ターボ過給機による過給遅れなどの影響により、過渡的に要求吸入空気量と実際の実吸入空気量との間に乖離を生じ易く、例えば非過給域から過給域への加速時には、吸気コレクタ内の実際の吸気圧力が未だ負圧の加速直後からバルブオーバーラップ量が急激に拡大されることで内部ＥＧＲが過度に増大し、燃焼が不安定となるおそれがある。
【０００６】
このような事情から、吸入空気量を検出するエアフローメータや吸気コレクタ内の実吸気圧力を検出する吸気圧センサ等を用いて検出・推定される実際の実吸入空気量（実吸気圧力）に基づいてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定することで、実際の過給に応じた最適なバルブオーバーラップ量を設定することができる。
【０００７】
しかしながら、このように実吸入空気量（実吸気圧力）に基づいてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定するものでは、非過給域から過給域への加速過渡期であって、実吸気圧力が大気圧近傍に達すると、バルブオーバーラップ量がトルク重視の設定となっているため、ターボ過給機へ十分な排気エネルギーが供給されず、従って、実吸入空気量が増加することなく停滞し、この間、バルブオーバーラップ量の設定が、掃気重視の設定に切り換わることなくトルク重視の設定のまま停滞する。
このようなトルク重視の設定では、定常運転状態での出力向上を図るために、内燃機関の燃焼エネルギーの多くがエンジントルクに変換されるように設定されていることから、排気タービンを回転駆動するための十分な排気エネルギーが得られ難く、特に低回転域等の過給仕事が十分でない状況では、過給が行われないループに陥るおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は過給域では掃気重視、大気圧付近ではトルク重視のオーバラップ量となるように実吸入空気量に基づいてバルブオーバーラップ量を設定するものとしつつ、非過給域から過給域への加速過渡期における加速性能の向上を図ることを目的としている。
【０００９】
すなわち本発明は、
排気エネルギーにより吸気を過給するターボ過給機と、
吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置と、を備える過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
内燃機関の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、
上記実吸入空気量に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定するバルブオーバーラップ量設定手段と、を有し、
このバルブオーバーラップ量設定手段は、定常時には、上記ターボ過給機により過給が行われる過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とするとともに、大気圧近傍ではバルブオーバーラップ量を上記過給域で設定されるオーバーラップ量よりも小さくするトルク重視の設定とし、
内燃機関の運転状態が加速時であって、実吸気圧力が大気圧近傍である場合には、上記実吸入空気量によらずバルブオーバーラップ量をトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させる加速時オーバーラップ増加手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量を設定することで、過給による実吸入空気量の増減を加味した形で適切にバルブオーバーラップ量を設定することができる。例えば、定常時には、実吸入空気量が大きい過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定することで、過給（掃気）効果を促進し、出力向上を図ることができる。また、実吸気圧力が大気圧近傍の運転域では、内燃機関が出力するエネルギーの多くがエンジントルクに変換されるように、バルブオーバーラップを小さくするトルク重視の設定とされる。
【００１１】
そして、非過給域から過給域への加速過渡期のような加速時においては、実吸気圧力が負圧状態から大気圧近傍に達した時点で、実吸入空気量にかかわらず、バルブオーバーラップ量を強制的にトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させるようにしており、これによって、実吸気圧力が大気圧近傍で実吸入空気量が増加することなく停滞している状況であっても、上述したように掃気重視の設定に切り換わらずに過給が行われないループから抜け出して、バルブオーバーラップ量の増加に伴って排気エネルギーを増加させることができ、これにより排気タービンの回転駆動力を増加し、過給圧の立ち上がりを速くして、加速性能を向上することができる。
【００１２】
このように本発明によれば、定常の運転状態では実吸入空気量に基づいてバルブオーバーラップ量を設定するものでありながら、非過給域から過給域への加速過渡期のような加速時に、燃焼安定性を損ねることなく、加速の立ち上がりを速くして加速性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る制御装置が適用された内燃機関のシステム構成を簡略的に示す構成図。
【図２】バルブオーバーラップ量の設定マップの一例を示す説明図。
【図３】図２の低負荷域Ｒｌの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図４】図２の中負荷域Ｒｍの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図５】図２の高負荷域Ｒｈの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図６】本実施例に係るマップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣの設定処理を示すフローチャート。
【図７】加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣの設定処理を示すフローチャート。
【図８】加速過渡期における実吸入空気量等の変化を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい一実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の可変バルブタイミング制御装置が適用されるターボ過給機付き内燃機関（エンジン）１のシステム構成の一例を示している。内燃機関１は、燃料噴射弁２によって燃焼室３内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式であって、燃焼室３内に噴射された燃料は点火プラグ４によって点火される。また、燃焼室３には、吸気弁５を介して吸気通路６が接続され、排気弁７を介して排気通路８が接続されている。燃料噴射弁２には、高圧燃料ポンプ９により高圧の燃料が供給されている。
【００１５】
この内燃機関１には、ウォータジャケット１１内の冷却水温を検知する水温センサ１２と、エンジンオイルの油温を検知する油温センサ１３と、内燃機関１の機関回転速度を検知するクランクシャフトポジションセンサ１４と、などが設けられている。
【００１６】
また、内燃機関１には、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機１６が設けられている。このターボ過給機１６は、排気エネルギーにより回転駆動される排気タービン１７と吸気通路６に設けられて吸気を過給するコンプレッサ１８とを同軸上に備えており、図示しないウェイストゲートバルブの開度を調整して運転状態に応じた最適な過給圧を提供するように構成されている。なお、ターボ過給機として、例えば可変容量ノズルを用いて過給圧を調整可能な容量可変型のターボ過給機を用いるようにしても良い。
【００１７】
排気タービン１７の下流側の排気通路８には、２つの三元触媒２５、２６が直列に配置されている。三元触媒２５、２６は、理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるものである。上流側の三元触媒２５の更に上流側には、排気空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２７が配置され、上流側の三元触媒２５と下流側の三元触媒２６の間には、酸素センサ２８が配置されている。また、排気タービン１７の上流側の排気通路８には、排気温度を検知する排気温度センサ２９が配置されている。ここで、Ａ／Ｆセンサ２７は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサであり、酸素センサ２８は、理論空燃比付近の狭い範囲で出力電圧がＯＮ／ＯＦＦ（リッチ、リーン）的に変化して、空燃比のリッチ、リーンのみを検知するセンサである。
【００１８】
吸気通路６には、上流側より順に、エアクリーナ３１と、吸入空気量を検知するエアフローメータ（実吸入空気量検出手段）３２と、上述した過給機１６のコンプレッサ１８と、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ３３と、吸入空気量を調整する電制のスロットル弁３４と、吸気コレクタ３５と、が設けられている。また、吸気通路６には、コンプレッサ１８をバイパスするようにバイパス通路３６が接続されている。バイパス通路３６には、過給空気のリサーキュレーションを行うリサーキュレーションバルブ３７が設けられており、このリサーキュレーションバルブ３７が開くことにより、バイパス通路３６を介してスロットル弁３４の上流側の高圧な吸気がコンプレッサ１８の上流側に戻されるようになっている。
【００１９】
尚、図１中の３８は、吸気通路６に設けられ、インタークーラ３３とスロットル弁３４との間の実吸気圧力（吸入負圧）を検知する吸気圧センサである。また、エアフローメータ３２は、温度センサを内蔵するものであって、コンプレッサ１８上流側の吸気温度を検知可能となっている。
【００２０】
スロットル弁３４の下流側に位置する吸気コレクタ３５には、吸入負圧を倍力源とするブレーキブースタ４０に負圧を供給する負圧導入通路４１及び燃料タンク４２で発生した蒸発燃料を導入するパージ通路４３が接続されている。また、この吸気コレクタ３５には、インタークーラ３３の下流側における吸気温度を検知する吸気温度センサ４４が設けられている。ブレーキブースタ４０は、ブレーキペダル４５の踏み込み力を軽減するものであって、吸気コレクタ３５に発生する吸入負圧を油圧に変換してブレーキペダル４５の踏み込み力を増幅している。
【００２１】
パージ通路４３には、パージ制御弁４６が介装されていると共に、燃料タンク４２で発生する蒸発燃料ガスを処理すべく設けられたキャニスタ４７が接続されている。パージ制御弁４６は、例えば、蒸発燃料ガスのパージ流量が吸入吸気量の増加に応じて増加するように制御される。パージ通路４３が接続されるキャニスタ４７のパージポートには、このパージポート内の圧力、すなわちパージ通路４３内の圧力を検知する圧力センサ４８が設けられており、本実施例では、この圧力センサ４８の検出値を用いて大気圧を検知している。この圧力センサ４８の検出値がＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）５１に入力されており、ＥＣＭ５１は、圧力センサ４８の検出値に基づいて車両が現在いる場所の標高を演算している。尚、本実施例のように、ターボ過給機１６を備えた内燃機関１では大気圧を読み込む必要があり、このバージ通路４３に設けた圧力センサ４８とは別に、大気圧を検知する大気圧センサ（図示せず）を備えているので、この大気圧センサの検出値を用いて標高を推定することも可能である。
【００２２】
また、排気上死点の近傍で吸気弁５と排気弁７の双方が開弁するバルブオーバーラップ量（期間）を調整可能な可変動弁装置として、吸気弁５の開閉時期を変更可能な吸気可変バルブタイミング機構６１と、排気弁６の開閉時期を変更可能な排気可変バルブタイミング機構６２と、が設けられている。これらの可変バルブタイミング機構６１，６２は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより吸・排気弁の開時期と閉時期とを同時に遅角あるいは進角させるものであり、カムシャフトの位相を検出するカム位相センサ６３，６４と上記のクランクシャフトポジションセンサ１４との検出信号を用いて、その制御量が検出される。
【００２３】
制御部としてのＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）５１は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関１の種々の制御を記憶及び実行するものであって、各種センサからの信号を基に処理を行うようになっている。本実施例においては、上述の圧力センサ４８、車両の前後方向の傾きを検知可能な加速度センサ５２、車速及び車両の動き出しを検知可能なロータリエンコーダタイプの車速センサ５３からの信号が入力されているほか、上述した水温センサ１２、油温センサ１３、クランクシャフトポジションセンサ１４、エアフローメータ３２、吸気圧センサ３８、吸気温度センサ４４、排気温度センサ２９、Ａ／Ｆセンサ２７、酸素センサ２８等からの信号がＥＣＭ５１に入力されている。なお、車両の前後の方向の傾きは、上記の加速度センサ５２に代えてナビゲーション情報から推定するなどとしてもよい。
【００２４】
そして、ＥＣＭ５１は、上記の各種センサにより検出される機関運転状態に基づいて、上記の燃料噴射弁２、点火プラグ４、スロットル弁３４及びウェイストゲートバルブへ制御信号を出力し、燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度及び過給圧を制御するとともに、上記の可変バルブタイミング機構６１，６２のアクチュエータへ制御信号を出力し、吸気弁や排気弁のバルブタイミング（開閉時期）、つまりは吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を設定・制御する。
【００２５】
ここで、定常の運転状態においては、バルブオーバーラップ量は、実吸入空気量と、機関回転速度とに基づいて、予め設定された図２に示すようなバルブオーバラップ量設定用の制御マップを参照することによって設定される（バルブオーバラップ量設定手段）。実吸入空気量は、シリンダ内に供給される実際の吸入空気量に相当するものであり、例えば、上記のエアフローメータ３２の検出信号を用いて求められる。あるいは、吸気コレクタ３５内の実際の吸気圧力をセンサ等により検出又は推定し、この吸気圧力から実吸入空気量を求めるようにしても良い。
【００２６】
図２に示すように、特に低回転域においては、主に三つの負荷域Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｈに分けてバルブオーバーラップ量の設定を切り換えている。なお、高回転高負荷側では、主に排気温度の過度な上昇を防止するように、バルブオーバーラップ量を極小もしくはマイナスオーバーラップの設定としている。
【００２７】
図３〜図５は、それぞれの負荷域における代表的な運転点での吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、つまりはバルブオーバーラップ量の設定を示している。なお、ここでは簡易的に３つの運転点を例に挙げて説明しているが、実際には各負荷域を跨ぐ境界付近でバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）が急変することのないように、バルブオーバーラップ量が徐々に変化するように設定されている。例えば、中負荷域Ｒｍから高負荷域Ｒｈへの境界付近では、実吸入空気量の増加に伴ってバルブオーバーラップ量が徐々に大きくなるように設定されている。また、この実施例の可変バルブタイミング機構６１，６２においては、作動角（開閉期間）は一定であり、吸気弁と排気弁の作動角はいずれもクランク角で１８０度を超えるものに設定されている。
【００２８】
図３に示すように、非過給域である低負荷域Ｒｌでは、燃費効率を重視した設定とされており、内部ＥＧＲ量を十分に確保するように、後述するトルク重視の中負荷域Ｒｍに比して、バルブオーバーラップ量を比較的大きく設定している。具体的には、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点（排気上死点）近傍、詳しくは上死点よりわずかに遅角した位置とし、かつ、この吸気弁開時期ＩＶＯよりも排気弁閉時期ＥＶＣが遅角するように、排気中心角を大幅に遅角させた設定としている。
【００２９】
図４に示すように、上記低負荷域Ｒｌよりも実吸入空気量が多い中負荷域Ｒｍでは、最も効率よくエンジントルクが得られるようなトルク重視の設定とされている。具体的には、ポンピング損失を抑制するようにバルブオーバーラップ量が十分に小さくされており、つまり吸気弁開時期ＩＶＯと排気弁閉時期ＥＶＣの双方が上死点近傍に設定されている。
【００３０】
図５に示すように、過給域である高負荷側の高負荷域Ｒｈでは、過給効果を重視した設定とされる。具体的には、過給（掃気）を促進するようにバルブオーバーラップ量を低負荷域Ｒｌや中負荷域Ｒｍよりも大幅に拡大している。つまり、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点よりも大幅に進角させるとともに、排気弁閉時期ＥＶＣを上死点よりも大幅に遅角させている。
【００３１】
ここで、ターボ過給機１６を備える内燃機関にあっては、仮にアクセル操作に基づく要求吸入空気量に基づいてバルブオーバラップ量（バルブタイミング）の設定を行うと、過給遅れの影響によって、実際の吸入空気量と要求吸入空気量との間に乖離が生じ易い。このため、例えば非過給域である低負荷域Ｒｌから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期に、加速直後の吸気コレクタ内に負圧が残っている状態で、要求吸入空気量に応じて図５に示すような掃気重視の設定としてバルブオーバーラップ量を急激に拡大すると、内部ＥＧＲが増加して燃焼が不安定となってしまう。また、実吸気圧力が大気圧近傍の中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期においても、加速直後から掃気重視の設定（図５）に切り換えてバルブオーバーラップ量を急激に拡大すると、エンジントルクが一時的に低下し、運転者に違和感を与えてしまう。これに対して本実施例では、実際の実吸入空気量に基づいてバルブオーバラップ量の設定を行うようにしているために、過給による吸入空気量の変化を織り込んだ形でバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を適切に設定することができる。
【００３２】
但し、このように実吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量を設定した場合の問題点として、上述したように、非過給域Ｒｌから過給域Ｒｈへの加速過渡期に、実吸気圧力が大気圧近傍に達した後、バルブオーバーラップ量の設定が高負荷用の掃気重視の設定（図５）に速やかに切り換わらず、過給遅れによる加速性能の低下を招くという問題がある。つまり、吸気コレクタ内の実吸気圧力が負圧から大気圧近傍に達すると、過給により正圧状態へ移行するまでの間、実吸入空気量が増加することなく停滞し、かつ、この大気圧近傍の状態では図４に示すトルク重視の設定が用いられ、内燃機関のエネルギーが最も効率的にエンジントルクに変換されるために、排気タービン１７を駆動するための十分な排気エネルギーが得られず、過給圧の立ち上がり遅れを招き易い。
【００３３】
この対策として、トルク重視の設定でも排気エネルギーが得られるようにトルク効率を低下させると、加速過渡期以外の定常の運転状態でのエンジン出力が低下する。あるいは、加速直後から過給用の掃気重視の設定に切り換えてバルブオーバーラップ量を拡大すると、実際の運転領域が低負荷域であるにもかかわらずバルブオーバーラップが過剰に与えられ、シリンダ内に残る内部ＥＧＲ（排気ガス量）が過度に増加して燃焼が不安定となるおそれがある。
【００３４】
そこで本実施例では、このような非過給域である低負荷域Ｒｌや中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期には、別途設定した加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを用いることで、上述したように実吸入空気量ｔＩＴＡＣが大気圧近傍で停滞している状況であっても、この実吸入空気量ｔＩＴＡＣにかかわらずバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）の設定を切り換えるようにし、図５に示すような掃気重視の設定への切換・移行を速やかに行うことができるようにした。
【００３５】
図６は、このような本実施例の制御の流れの一例を示すフローチャートであり、本ルーチンはＥＣＭ５１により記憶及び所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。ステップＳ１１では、シリンダへ供給される実際の吸入空気量に相当する実吸入空気量ｔＩＴＡＣを読み込む。この実吸入空気量ｔＩＴＡＣは、上述したように、例えばエアフローメータ３２の検出信号を用いて求められる。
【００３６】
ステップＳ１２では、非過給域である低負荷域Ｒｌあるいは中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期であるか否かを判定する。例えば、現在の機関運転状態が非過給域であり、かつ、運転者のアクセル操作に応じて設定されるスロットル開度が全開近傍の所定値以上であるかを判定する。なお、スロットル開度に代えてアクセル開度を用いて加速判定を行うようにしても良い。
【００３７】
加速過渡期と判定されれば、ステップＳ１３へ進み、上記の実吸入空気量ｔＩＴＡＣとは異なる加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを設定する。そして、ステップＳ１４では、この加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣと実吸入空気量ＩＴＡＣとを比較する。加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣが実吸入空気量ＩＴＡＣよりも大きい値であれば、ステップＳ１５へ進み、この加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、図２に示すような制御マップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして設定する。つまり、バルブオーバラップ量の設定に用いる実吸入空気量ＩＴＡＣを増加側に補正する（ｓＩＴＡＣ→ＩＴＡＣ）。
【００３８】
一方、ステップＳ１２で加速過渡期でないと判定された場合、あるいは、ステップＳ１４で加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣが実吸入空気量ＩＴＡＣ以下であると判定された場合、ステップＳ１６へ進み、ステップＳ１１で読み込まれた実吸入空気量ｔＩＴＡＣを、そのまま制御マップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして設定する（ｔＩＴＡＣ→ＩＴＡＣ）。すなわち、ステップＳ１４〜Ｓ１６においては、ｓＩＴＡＣとｔＩＴＡＣのうち大きい値の方を、バルブオーバーラップ量の設定に用いる実吸入空気量ＩＴＡＣとして選択している。
【００３９】
図７は、図６のステップＳ１３における加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣの設定処理を示すサブルーチンである。ステップＳ２１では、機関回転速度と実吸入空気量とに基づいて、図３に示すような燃費重視の設定が用いられる低負荷域Ｒｓであるかを判定する。ステップＳ２２では、図８にも示すように、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過したかを判定する。低負荷域Ｒｓからの加速過渡期において、その加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過するまでの間であれば、ステップＳ２３へ進み、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、中負荷域Ｒｍでのトルク重視の設定が用いられる実吸入空気量に相当する所定のトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに設定する。但し、増加率が所定値に制限されている。この結果、図８にも示すように、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣは、加速開始時期ｔ０から所定の増加率でトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍへ向けて徐々に増加し、トルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに達すると、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過するまで、このトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに保持される。
【００４０】
低負荷域での加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過すると、ステップＳ２４へ進み、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、高負荷域Ｒｍでの掃気重視の設定が用いられる実吸入空気量に相当する所定の掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈ（ｓＩＴＡＣｈ＞ｓＩＴＡＣｍ）に設定する。但し、増加率が所定値に制限されている。この結果、図８にも示すように、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣは、所定期間ΔＴの経過時点ｔ１から所定の増加率で掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて徐々に増加し、掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに達すると、この掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに保持される。
【００４１】
図８は、低負荷域Ｒｓ（非過給域）から高負荷域Ｒｈ（過給域）への加速過渡期における実吸入空気量ＩＴＡＣ等の変化を示すタイミングチャートである。同図に示すように、スロットル開度が所定値に達した時点ｔ０で、加速過渡期であると判定され、この加速過渡期おいては、一点鎖線で示す実吸入空気量ｔＩＴＡＣと、破線で示す加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣのうち大きい値の方が、実線で示すマップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして選択・設定される。
【００４２】
同図に示すように、加速開始時期ｔ０の直後から、実際の実吸入空気量ｔＩＴＡＣにかかわらず、バルブオーバラップ量の設定に用いられる実吸入空気量ＩＴＡＣを、トルク重視の設定が用いられるトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍまで速やかに増加させている。このために、加速開始直後からバルブオーバーラップ量の設定が燃費重視の設定からトルク重視の設定へと速やかに切り換えられ、加速性能が向上する。ここで仮に図８の破線で示す比較例の特性のように、加速開始時期ｔ０の直後からバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定を用いると、実吸気圧力が未だ負圧の低負荷域で過大なバルブオーバーラップ量が付与されることで、内部ＥＧＲの増加により燃焼が不安定となるおそれがある。これに対して本実施例では、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴ、非過給域におけるベストトルクとなるトルク重視の設定を用いることで、燃焼安定性を確保しつつ速やかにエンジントルクを高め、加速応答性を向上することができる。
【００４３】
上記の所定期間ΔＴは、加速開始時期ｔ０から実吸気圧力が大気圧近傍に達して過給が開始される時期ｔ１までの期間に相当し、簡易的に一定の時間（例えば、０．２〜０．４秒）としても良く、あるいは、機関回転速度が大きくなるほど所定期間ΔＴが長くなるように機関回転速度に応じて設定しても良い。あるいは、吸気コレクタ内の実際の吸気圧力（過給圧）を検出又は推定し、この吸気圧力（過給圧）が大気圧近傍となるまでの期間を上記の所定期間ΔＴとしても良い。吸気圧力あるいは過給圧は、圧力センサを用いて直接的に検出しても良く、あるいは、機関回転速度と吸入空気量とに基づいて推定しても良く、あるいは、機関回転速度とターボ仕事量から推定しても良い。
【００４４】
そして、所定期間ΔＴが経過した時点ｔ１で、実吸気圧力が大気圧近傍に達して非過給域での最大トルク近傍になったと判断して、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、バルブオーバーラップ量を拡大した掃気重視の設定が用いられる高負荷域（過給域）Ｒｈでの運転点に相当する所定の掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて、所定の増加率でもって徐々に増加させていく。そして、掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに達すると、以降はｓＩＴＡＣを掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに固定する。
【００４５】
このように実吸気圧力が大気圧近傍に達した時点ｔ１で、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて所定の増加率で徐々に増加させることによって、バルブオーバーラップ量を高負荷側の掃気重視の設定に向けて徐々に拡大していくことができる。これによって、急激なバルブオーバーラップ量の増加による急激なトルク変動（低下）や燃焼不安定化を招くことなく、バルブオーバーラップ量の設定がトルク重視の設定のまま長く停滞することを解消し、排気エネルギーを徐々に大きくして排気タービンを駆動させることで、過給圧の上昇を促進し、過給による加速性能を向上することができる。
【００４６】
このようにトルク重視の設定から掃気重視の設定へ向けてバルブオーバーラップ量を徐々に拡大していく過程においては、エンジントルク自体はトルク重視の設定から離れることで徐々に低下していくものの、その分、排気エネルギーが増加していき、このとき、既に実吸気圧力が大気圧近傍まで高まっているために、排気エネルギーの増加に伴って過給圧が速やかに上昇していき、この過給圧の上昇がエンジントルクの低下を補う形となるために、急激なトルク変動（低下）を招くことなく、過給圧を高めていくことが可能となる。
【００４７】
しかも本実施例においては、上述したような加速過渡期におけるバルブオーバーラップ量の設定処理を、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＣを用いることによって、定常での運転状態と同様に、同じ制御マップ（図２）を参照して容易に行うことができ、加速過渡期用に別途制御マップを用意したり加速過渡期用の補正処理や適合処理などを行う必要がないために、演算処理やメモリ使用量も大幅に軽減される。
【００４８】
以上のようの本発明を図示実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、バルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置として、上記実施例のものに限られず、吸気弁や排気弁の作動角を拡大・縮小可能な作動角可変機構などを用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１…内燃機関
１６…ターボ過給機
３４…スロットル弁
３８…吸気圧センサ
５１…ＥＣＭ
６１…吸気可変バルブタイミング機構（可変動弁装置）
６２…排気可変バルブタイミング機構（可変動弁装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機と可変動弁装置とを備えた内燃機関に関し、特に、非過給域から過給域への加速過渡期におけるバルブオーバーラップ量の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ターボ過給機と、吸気弁や排気弁の開閉時期を変更可能な可変バルブタイミング機構等の可変動弁装置と、を備えた内燃機関において、運転者のアクセル操作により加速時であると判定した場合には、加速性能を確保するように、吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を制御することにより、排気タービンの回転駆動力をアシストする排気ガスのエネルギー量を所定値以上に保持する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９３５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在開発中のシステムでは、バルブオーバーラップ量は、内燃機関のシリンダ内へ供給される吸入空気量に応じて設定され、例えばターボ過給機による過給が行われる過給域では、過給（掃気）効果を促進するように、実吸気圧力が大気圧近傍で設定されるバルブオーバーラップ量に比して、バルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とされる。また、実吸気圧力が大気圧近傍の運転域では、定常運転での要求からバルブオーバーラップ量を小さくし、内燃機関が出力するエネルギーの多くがエンジントルクに変換されるようにトルク重視の設定とされる。
【０００５】
このようなシステムにおいて、仮に運転者により操作されるアクセル開度やスロットル開度等に基づく要求吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定すると、ターボ過給機による過給遅れなどの影響により、過渡的に要求吸入空気量と実際の実吸入空気量との間に乖離を生じ易く、例えば非過給域から過給域への加速時には、吸気コレクタ内の実際の吸気圧力が未だ負圧の加速直後からバルブオーバーラップ量が急激に拡大されることで内部ＥＧＲが過度に増大し、燃焼が不安定となるおそれがある。
【０００６】
このような事情から、吸入空気量を検出するエアフローメータや吸気コレクタ内の実吸気圧力を検出する吸気圧センサ等を用いて検出・推定される実際の実吸入空気量（実吸気圧力）に基づいてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定することで、実際の過給に応じた最適なバルブオーバーラップ量を設定することができる。
【０００７】
しかしながら、このように実吸入空気量（実吸気圧力）に基づいてバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を設定するものでは、非過給域から過給域への加速過渡期であって、実吸気圧力が大気圧近傍に達すると、バルブオーバーラップ量がトルク重視の設定となっているため、ターボ過給機へ十分な排気エネルギーが供給されず、従って、実吸入空気量が増加することなく停滞し、この間、バルブオーバーラップ量の設定が、掃気重視の設定に切り換わることなくトルク重視の設定のまま停滞する。
このようなトルク重視の設定では、定常運転状態での出力向上を図るために、内燃機関の燃焼エネルギーの多くがエンジントルクに変換されるように設定されていることから、排気タービンを回転駆動するための十分な排気エネルギーが得られ難く、特に低回転域等の過給仕事が十分でない状況では、過給が行われないループに陥るおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明は過給域では掃気重視、大気圧付近ではトルク重視のオーバラップ量となるように実吸入空気量に基づいてバルブオーバーラップ量を設定するものとしつつ、非過給域から過給域への加速過渡期における加速性能の向上を図ることを目的としている。
【０００９】
すなわち本発明は、
排気エネルギーにより吸気を過給するターボ過給機と、
吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置と、を備える過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
内燃機関の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、
上記実吸入空気量に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定するバルブオーバーラップ量設定手段と、を有し、
このバルブオーバーラップ量設定手段は、定常時には、上記ターボ過給機により過給が行われる過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とするとともに、大気圧近傍ではバルブオーバーラップ量を上記過給域で設定されるオーバーラップ量よりも小さくするトルク重視の設定とし、
内燃機関の運転状態が加速時であって、実吸気圧力が大気圧近傍である場合には、上記実吸入空気量によらずバルブオーバーラップ量をトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させる加速時オーバーラップ増加手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、実吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量を設定することで、過給による実吸入空気量の増減を加味した形で適切にバルブオーバーラップ量を設定することができる。例えば、定常時には、実吸入空気量が大きい過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定することで、過給（掃気）効果を促進し、出力向上を図ることができる。また、実吸気圧力が大気圧近傍の運転域では、内燃機関が出力するエネルギーの多くがエンジントルクに変換されるように、バルブオーバーラップを小さくするトルク重視の設定とされる。
【００１１】
そして、非過給域から過給域への加速過渡期のような加速時においては、実吸気圧力が負圧状態から大気圧近傍に達した時点で、実吸入空気量にかかわらず、バルブオーバーラップ量を強制的にトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させるようにしており、これによって、実吸気圧力が大気圧近傍で実吸入空気量が増加することなく停滞している状況であっても、上述したように掃気重視の設定に切り換わらずに過給が行われないループから抜け出して、バルブオーバーラップ量の増加に伴って排気エネルギーを増加させることができ、これにより排気タービンの回転駆動力を増加し、過給圧の立ち上がりを速くして、加速性能を向上することができる。
【００１２】
このように本発明によれば、定常の運転状態では実吸入空気量に基づいてバルブオーバーラップ量を設定するものでありながら、非過給域から過給域への加速過渡期のような加速時に、燃焼安定性を損ねることなく、加速の立ち上がりを速くして加速性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る制御装置が適用された内燃機関のシステム構成を簡略的に示す構成図。
【図２】バルブオーバーラップ量の設定マップの一例を示す説明図。
【図３】図２の低負荷域Ｒｌの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図４】図２の中負荷域Ｒｍの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図５】図２の高負荷域Ｒｈの運転点におけるバルブタイミングを示す説明図。
【図６】本実施例に係るマップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣの設定処理を示すフローチャート。
【図７】加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣの設定処理を示すフローチャート。
【図８】加速過渡期における実吸入空気量等の変化を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい一実施例を図面を参照して説明する。図１は、本発明の可変バルブタイミング制御装置が適用されるターボ過給機付き内燃機関（エンジン）１のシステム構成の一例を示している。内燃機関１は、燃料噴射弁２によって燃焼室３内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式であって、燃焼室３内に噴射された燃料は点火プラグ４によって点火される。また、燃焼室３には、吸気弁５を介して吸気通路６が接続され、排気弁７を介して排気通路８が接続されている。燃料噴射弁２には、高圧燃料ポンプ９により高圧の燃料が供給されている。
【００１５】
この内燃機関１には、ウォータジャケット１１内の冷却水温を検知する水温センサ１２と、エンジンオイルの油温を検知する油温センサ１３と、内燃機関１の機関回転速度を検知するクランクシャフトポジションセンサ１４と、などが設けられている。
【００１６】
また、内燃機関１には、排気エネルギーを利用して吸気を過給するターボ過給機１６が設けられている。このターボ過給機１６は、排気エネルギーにより回転駆動される排気タービン１７と吸気通路６に設けられて吸気を過給するコンプレッサ１８とを同軸上に備えており、図示しないウェイストゲートバルブの開度を調整して運転状態に応じた最適な過給圧を提供するように構成されている。なお、ターボ過給機として、例えば可変容量ノズルを用いて過給圧を調整可能な容量可変型のターボ過給機を用いるようにしても良い。
【００１７】
排気タービン１７の下流側の排気通路８には、２つの三元触媒２５、２６が直列に配置されている。三元触媒２５、２６は、理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるものである。上流側の三元触媒２５の更に上流側には、排気空燃比を検知するＡ／Ｆセンサ２７が配置され、上流側の三元触媒２５と下流側の三元触媒２６の間には、酸素センサ２８が配置されている。また、排気タービン１７の上流側の排気通路８には、排気温度を検知する排気温度センサ２９が配置されている。ここで、Ａ／Ｆセンサ２７は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサであり、酸素センサ２８は、理論空燃比付近の狭い範囲で出力電圧がＯＮ／ＯＦＦ（リッチ、リーン）的に変化して、空燃比のリッチ、リーンのみを検知するセンサである。
【００１８】
吸気通路６には、上流側より順に、エアクリーナ３１と、吸入空気量を検知するエアフローメータ（実吸入空気量検出手段）３２と、上述した過給機１６のコンプレッサ１８と、過給された高温の空気を冷却するインタークーラ３３と、吸入空気量を調整する電制のスロットル弁３４と、吸気コレクタ３５と、が設けられている。また、吸気通路６には、コンプレッサ１８をバイパスするようにバイパス通路３６が接続されている。バイパス通路３６には、過給空気のリサーキュレーションを行うリサーキュレーションバルブ３７が設けられており、このリサーキュレーションバルブ３７が開くことにより、バイパス通路３６を介してスロットル弁３４の上流側の高圧な吸気がコンプレッサ１８の上流側に戻されるようになっている。
【００１９】
尚、図１中の３８は、吸気通路６に設けられ、インタークーラ３３とスロットル弁３４との間の実吸気圧力（吸入負圧）を検知する吸気圧センサである。また、エアフローメータ３２は、温度センサを内蔵するものであって、コンプレッサ１８上流側の吸気温度を検知可能となっている。
【００２０】
スロットル弁３４の下流側に位置する吸気コレクタ３５には、吸入負圧を倍力源とするブレーキブースタ４０に負圧を供給する負圧導入通路４１及び燃料タンク４２で発生した蒸発燃料を導入するパージ通路４３が接続されている。また、この吸気コレクタ３５には、インタークーラ３３の下流側における吸気温度を検知する吸気温度センサ４４が設けられている。ブレーキブースタ４０は、ブレーキペダル４５の踏み込み力を軽減するものであって、吸気コレクタ３５に発生する吸入負圧を油圧に変換してブレーキペダル４５の踏み込み力を増幅している。
【００２１】
パージ通路４３には、パージ制御弁４６が介装されていると共に、燃料タンク４２で発生する蒸発燃料ガスを処理すべく設けられたキャニスタ４７が接続されている。パージ制御弁４６は、例えば、蒸発燃料ガスのパージ流量が吸入吸気量の増加に応じて増加するように制御される。パージ通路４３が接続されるキャニスタ４７のパージポートには、このパージポート内の圧力、すなわちパージ通路４３内の圧力を検知する圧力センサ４８が設けられており、本実施例では、この圧力センサ４８の検出値を用いて大気圧を検知している。この圧力センサ４８の検出値がＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）５１に入力されており、ＥＣＭ５１は、圧力センサ４８の検出値に基づいて車両が現在いる場所の標高を演算している。尚、本実施例のように、ターボ過給機１６を備えた内燃機関１では大気圧を読み込む必要があり、このバージ通路４３に設けた圧力センサ４８とは別に、大気圧を検知する大気圧センサ（図示せず）を備えているので、この大気圧センサの検出値を用いて標高を推定することも可能である。
【００２２】
また、排気上死点の近傍で吸気弁５と排気弁７の双方が開弁するバルブオーバーラップ量（期間）を調整可能な可変動弁装置として、吸気弁５の開閉時期を変更可能な吸気可変バルブタイミング機構６１と、排気弁６の開閉時期を変更可能な排気可変バルブタイミング機構６２と、が設けられている。これらの可変バルブタイミング機構６１，６２は、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより吸・排気弁の開時期と閉時期とを同時に遅角あるいは進角させるものであり、カムシャフトの位相を検出するカム位相センサ６３，６４と上記のクランクシャフトポジションセンサ１４との検出信号を用いて、その制御量が検出される。
【００２３】
制御部としてのＥＣＭ（エンジン・コントロール・モジュール）５１は、マイクロコンピュータを内蔵し、内燃機関１の種々の制御を記憶及び実行するものであって、各種センサからの信号を基に処理を行うようになっている。本実施例においては、上述の圧力センサ４８、車両の前後方向の傾きを検知可能な加速度センサ５２、車速及び車両の動き出しを検知可能なロータリエンコーダタイプの車速センサ５３からの信号が入力されているほか、上述した水温センサ１２、油温センサ１３、クランクシャフトポジションセンサ１４、エアフローメータ３２、吸気圧センサ３８、吸気温度センサ４４、排気温度センサ２９、Ａ／Ｆセンサ２７、酸素センサ２８等からの信号がＥＣＭ５１に入力されている。なお、車両の前後の方向の傾きは、上記の加速度センサ５２に代えてナビゲーション情報から推定するなどとしてもよい。
【００２４】
そして、ＥＣＭ５１は、上記の各種センサにより検出される機関運転状態に基づいて、上記の燃料噴射弁２、点火プラグ４、スロットル弁３４及びウェイストゲートバルブへ制御信号を出力し、燃料噴射時期、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度及び過給圧を制御するとともに、上記の可変バルブタイミング機構６１，６２のアクチュエータへ制御信号を出力し、吸気弁や排気弁のバルブタイミング（開閉時期）、つまりは吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を設定・制御する。
【００２５】
ここで、定常の運転状態においては、バルブオーバーラップ量は、実吸入空気量と、機関回転速度とに基づいて、予め設定された図２に示すようなバルブオーバラップ量設定用の制御マップを参照することによって設定される（バルブオーバラップ量設定手段）。実吸入空気量は、シリンダ内に供給される実際の吸入空気量に相当するものであり、例えば、上記のエアフローメータ３２の検出信号を用いて求められる。あるいは、吸気コレクタ３５内の実際の吸気圧力をセンサ等により検出又は推定し、この吸気圧力から実吸入空気量を求めるようにしても良い。
【００２６】
図２に示すように、特に低回転域においては、主に三つの負荷域Ｒｌ，Ｒｍ，Ｒｈに分けてバルブオーバーラップ量の設定を切り換えている。なお、高回転高負荷側では、主に排気温度の過度な上昇を防止するように、バルブオーバーラップ量を極小もしくはマイナスオーバーラップの設定としている。
【００２７】
図３〜図５は、それぞれの負荷域における代表的な運転点での吸気弁及び排気弁のバルブタイミング、つまりはバルブオーバーラップ量の設定を示している。なお、ここでは簡易的に３つの運転点を例に挙げて説明しているが、実際には各負荷域を跨ぐ境界付近でバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）が急変することのないように、バルブオーバーラップ量が徐々に変化するように設定されている。例えば、中負荷域Ｒｍから高負荷域Ｒｈへの境界付近では、実吸入空気量の増加に伴ってバルブオーバーラップ量が徐々に大きくなるように設定されている。また、この実施例の可変バルブタイミング機構６１，６２においては、作動角（開閉期間）は一定であり、吸気弁と排気弁の作動角はいずれもクランク角で１８０度を超えるものに設定されている。
【００２８】
図３に示すように、非過給域である低負荷域Ｒｌでは、燃費効率を重視した設定とされており、内部ＥＧＲ量を十分に確保するように、後述するトルク重視の中負荷域Ｒｍに比して、バルブオーバーラップ量を比較的大きく設定している。具体的には、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点（排気上死点）近傍、詳しくは上死点よりわずかに遅角した位置とし、かつ、この吸気弁開時期ＩＶＯよりも排気弁閉時期ＥＶＣが遅角するように、排気中心角を大幅に遅角させた設定としている。
【００２９】
図４に示すように、上記低負荷域Ｒｌよりも実吸入空気量が多い中負荷域Ｒｍでは、最も効率よくエンジントルクが得られるようなトルク重視の設定とされている。具体的には、ポンピング損失を抑制するようにバルブオーバーラップ量が十分に小さくされており、つまり吸気弁開時期ＩＶＯと排気弁閉時期ＥＶＣの双方が上死点近傍に設定されている。
【００３０】
図５に示すように、過給域である高負荷側の高負荷域Ｒｈでは、過給効果を重視した設定とされる。具体的には、過給（掃気）を促進するようにバルブオーバーラップ量を低負荷域Ｒｌや中負荷域Ｒｍよりも大幅に拡大している。つまり、吸気弁開時期ＩＶＯを上死点よりも大幅に進角させるとともに、排気弁閉時期ＥＶＣを上死点よりも大幅に遅角させている。
【００３１】
ここで、ターボ過給機１６を備える内燃機関にあっては、仮にアクセル操作に基づく要求吸入空気量に基づいてバルブオーバラップ量（バルブタイミング）の設定を行うと、過給遅れの影響によって、実際の吸入空気量と要求吸入空気量との間に乖離が生じ易い。このため、例えば非過給域である低負荷域Ｒｌから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期に、加速直後の吸気コレクタ内に負圧が残っている状態で、要求吸入空気量に応じて図５に示すような掃気重視の設定としてバルブオーバーラップ量を急激に拡大すると、内部ＥＧＲが増加して燃焼が不安定となってしまう。また、実吸気圧力が大気圧近傍の中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期においても、加速直後から掃気重視の設定（図５）に切り換えてバルブオーバーラップ量を急激に拡大すると、エンジントルクが一時的に低下し、運転者に違和感を与えてしまう。これに対して本実施例では、実際の実吸入空気量に基づいてバルブオーバラップ量の設定を行うようにしているために、過給による吸入空気量の変化を織り込んだ形でバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）を適切に設定することができる。
【００３２】
但し、このように実吸入空気量に応じてバルブオーバーラップ量を設定した場合の問題点として、上述したように、非過給域Ｒｌから過給域Ｒｈへの加速過渡期に、実吸気圧力が大気圧近傍に達した後、バルブオーバーラップ量の設定が高負荷用の掃気重視の設定（図５）に速やかに切り換わらず、過給遅れによる加速性能の低下を招くという問題がある。つまり、吸気コレクタ内の実吸気圧力が負圧から大気圧近傍に達すると、過給により正圧状態へ移行するまでの間、実吸入空気量が増加することなく停滞し、かつ、この大気圧近傍の状態では図４に示すトルク重視の設定が用いられ、内燃機関のエネルギーが最も効率的にエンジントルクに変換されるために、排気タービン１７を駆動するための十分な排気エネルギーが得られず、過給圧の立ち上がり遅れを招き易い。
【００３３】
この対策として、トルク重視の設定でも排気エネルギーが得られるようにトルク効率を低下させると、加速過渡期以外の定常の運転状態でのエンジン出力が低下する。あるいは、加速直後から過給用の掃気重視の設定に切り換えてバルブオーバーラップ量を拡大すると、実際の運転領域が低負荷域であるにもかかわらずバルブオーバーラップが過剰に与えられ、シリンダ内に残る内部ＥＧＲ（排気ガス量）が過度に増加して燃焼が不安定となるおそれがある。
【００３４】
そこで本実施例では、このような非過給域である低負荷域Ｒｌや中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期には、別途設定した加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを用いることで、上述したように実吸入空気量ｔＩＴＡＣが大気圧近傍で停滞している状況であっても、この実吸入空気量ｔＩＴＡＣにかかわらずバルブオーバーラップ量（バルブタイミング）の設定を切り換えるようにし、図５に示すような掃気重視の設定への切換・移行を速やかに行うことができるようにした。
【００３５】
図６は、このような本実施例の制御の流れの一例を示すフローチャートであり、本ルーチンはＥＣＭ５１により記憶及び所定期間毎（例えば１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。ステップＳ１１では、シリンダへ供給される実際の吸入空気量に相当する実吸入空気量ｔＩＴＡＣを読み込む。この実吸入空気量ｔＩＴＡＣは、上述したように、例えばエアフローメータ３２の検出信号を用いて求められる。
【００３６】
ステップＳ１２では、非過給域である低負荷域Ｒｌあるいは中負荷域Ｒｍから過給域である高負荷域Ｒｈへの加速過渡期であるか否かを判定する。例えば、現在の機関運転状態が非過給域であり、かつ、運転者のアクセル操作に応じて設定されるスロットル開度が全開近傍の所定値以上であるかを判定する。なお、スロットル開度に代えてアクセル開度を用いて加速判定を行うようにしても良い。
【００３７】
加速過渡期と判定されれば、ステップＳ１３へ進み、上記の実吸入空気量ｔＩＴＡＣとは異なる加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを設定する。そして、ステップＳ１４では、この加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣと実吸入空気量ＩＴＡＣとを比較する。加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣが実吸入空気量ＩＴＡＣよりも大きい値であれば、ステップＳ１５へ進み、この加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、図２に示すような制御マップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして設定する。つまり、バルブオーバラップ量の設定に用いる実吸入空気量ＩＴＡＣを増加側に補正する（ｓＩＴＡＣ→ＩＴＡＣ）。
【００３８】
一方、ステップＳ１２で加速過渡期でないと判定された場合、あるいは、ステップＳ１４で加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣが実吸入空気量ＩＴＡＣ以下であると判定された場合、ステップＳ１６へ進み、ステップＳ１１で読み込まれた実吸入空気量ｔＩＴＡＣを、そのまま制御マップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして設定する（ｔＩＴＡＣ→ＩＴＡＣ）。すなわち、ステップＳ１４〜Ｓ１６においては、ｓＩＴＡＣとｔＩＴＡＣのうち大きい値の方を、バルブオーバーラップ量の設定に用いる実吸入空気量ＩＴＡＣとして選択している。
【００３９】
図７は、図６のステップＳ１３における加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣの設定処理を示すサブルーチンである。ステップＳ２１では、機関回転速度と実吸入空気量とに基づいて、図３に示すような燃費重視の設定が用いられる低負荷域Ｒｓであるかを判定する。ステップＳ２２では、図８にも示すように、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過したかを判定する。低負荷域Ｒｓからの加速過渡期において、その加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過するまでの間であれば、ステップＳ２３へ進み、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、中負荷域Ｒｍでのトルク重視の設定が用いられる実吸入空気量に相当する所定のトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに設定する。但し、増加率が所定値に制限されている。この結果、図８にも示すように、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣは、加速開始時期ｔ０から所定の増加率でトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍへ向けて徐々に増加し、トルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに達すると、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過するまで、このトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍに保持される。
【００４０】
低負荷域での加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴが経過すると、ステップＳ２４へ進み、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、高負荷域Ｒｍでの掃気重視の設定が用いられる実吸入空気量に相当する所定の掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈ（ｓＩＴＡＣｈ＞ｓＩＴＡＣｍ）に設定する。但し、増加率が所定値に制限されている。この結果、図８にも示すように、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣは、所定期間ΔＴの経過時点ｔ１から所定の増加率で掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて徐々に増加し、掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに達すると、この掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに保持される。
【００４１】
図８は、低負荷域Ｒｓ（非過給域）から高負荷域Ｒｈ（過給域）への加速過渡期における実吸入空気量ＩＴＡＣ等の変化を示すタイミングチャートである。同図に示すように、スロットル開度が所定値に達した時点ｔ０で、加速過渡期であると判定され、この加速過渡期おいては、一点鎖線で示す実吸入空気量ｔＩＴＡＣと、破線で示す加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣのうち大きい値の方が、実線で示すマップ参照用の実吸入空気量ＩＴＡＣとして選択・設定される。
【００４２】
同図に示すように、加速開始時期ｔ０の直後から、実際の実吸入空気量ｔＩＴＡＣにかかわらず、バルブオーバラップ量の設定に用いられる実吸入空気量ＩＴＡＣを、トルク重視の設定が用いられるトルク重視設定値ｓＩＴＡＣｍまで速やかに増加させている。このために、加速開始直後からバルブオーバーラップ量の設定が燃費重視の設定からトルク重視の設定へと速やかに切り換えられ、加速性能が向上する。ここで仮に図８の破線で示す比較例の特性のように、加速開始時期ｔ０の直後からバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定を用いると、実吸気圧力が未だ負圧の低負荷域で過大なバルブオーバーラップ量が付与されることで、内部ＥＧＲの増加により燃焼が不安定となるおそれがある。これに対して本実施例では、加速開始時期ｔ０から所定期間ΔＴ、非過給域におけるベストトルクとなるトルク重視の設定を用いることで、燃焼安定性を確保しつつ速やかにエンジントルクを高め、加速応答性を向上することができる。
【００４３】
上記の所定期間ΔＴは、加速開始時期ｔ０から実吸気圧力が大気圧近傍に達して過給が開始される時期ｔ１までの期間に相当し、簡易的に一定の時間（例えば、０．２〜０．４秒）としても良く、あるいは、機関回転速度が大きくなるほど所定期間ΔＴが長くなるように機関回転速度に応じて設定しても良い。あるいは、吸気コレクタ内の実際の吸気圧力（過給圧）を検出又は推定し、この吸気圧力（過給圧）が大気圧近傍となるまでの期間を上記の所定期間ΔＴとしても良い。吸気圧力あるいは過給圧は、圧力センサを用いて直接的に検出しても良く、あるいは、機関回転速度と吸入空気量とに基づいて推定しても良く、あるいは、機関回転速度とターボ仕事量から推定しても良い。
【００４４】
そして、所定期間ΔＴが経過した時点ｔ１で、実吸気圧力が大気圧近傍に達して非過給域での最大トルク近傍になったと判断して、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを、バルブオーバーラップ量を拡大した掃気重視の設定が用いられる高負荷域（過給域）Ｒｈでの運転点に相当する所定の掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて、所定の増加率でもって徐々に増加させていく。そして、掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに達すると、以降はｓＩＴＡＣを掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈに固定する。
【００４５】
このように実吸気圧力が大気圧近傍に達した時点ｔ１で、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＡＣを掃気重視設定値ｓＩＴＡＣｈへ向けて所定の増加率で徐々に増加させることによって、バルブオーバーラップ量を高負荷側の掃気重視の設定に向けて徐々に拡大していくことができる。これによって、急激なバルブオーバーラップ量の増加による急激なトルク変動（低下）や燃焼不安定化を招くことなく、バルブオーバーラップ量の設定がトルク重視の設定のまま長く停滞することを解消し、排気エネルギーを徐々に大きくして排気タービンを駆動させることで、過給圧の上昇を促進し、過給による加速性能を向上することができる。
【００４６】
このようにトルク重視の設定から掃気重視の設定へ向けてバルブオーバーラップ量を徐々に拡大していく過程においては、エンジントルク自体はトルク重視の設定から離れることで徐々に低下していくものの、その分、排気エネルギーが増加していき、このとき、既に実吸気圧力が大気圧近傍まで高まっているために、排気エネルギーの増加に伴って過給圧が速やかに上昇していき、この過給圧の上昇がエンジントルクの低下を補う形となるために、急激なトルク変動（低下）を招くことなく、過給圧を高めていくことが可能となる。
【００４７】
しかも本実施例においては、上述したような加速過渡期におけるバルブオーバーラップ量の設定処理を、加速過渡期用吸入空気量ｓＩＴＣを用いることによって、定常での運転状態と同様に、同じ制御マップ（図２）を参照して容易に行うことができ、加速過渡期用に別途制御マップを用意したり加速過渡期用の補正処理や適合処理などを行う必要がないために、演算処理やメモリ使用量も大幅に軽減される。
【００４８】
以上のようの本発明を図示実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、バルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置として、上記実施例のものに限られず、吸気弁や排気弁の作動角を拡大・縮小可能な作動角可変機構などを用いるようにしても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１…内燃機関
１６…ターボ過給機
３４…スロットル弁
３８…吸気圧センサ
５１…ＥＣＭ
６１…吸気可変バルブタイミング機構（可変動弁装置）
６２…排気可変バルブタイミング機構（可変動弁装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気エネルギーにより吸気を過給するターボ過給機と、
吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置と、を備える過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
内燃機関の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、
上記実吸入空気量に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定するバルブオーバーラップ量設定手段と、を有し、
このバルブオーバーラップ量設定手段は、定常時には、上記ターボ過給機により過給が行われる過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とするとともに、大気圧近傍ではバルブオーバーラップ量を上記過給域で設定されるオーバーラップ量よりも小さくするトルク重視の設定とし、
内燃機関の運転状態が加速時であって、実吸気圧力が大気圧近傍である場合には、上記実吸入空気量によらずバルブオーバーラップ量をトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させる加速時オーバーラップ増加手段を有することを特徴とする過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
上記バルブオーバーラップ量設定手段は、非過給域では、上記バルブオーバーラップ量を大気圧近傍で設定されるトルク重視のバルブオーバーラップ量よりも大きく、過給域で設定される掃気重視のバルブオーバーラップ量よりも小さくして、内部ＥＧＲを促進する燃費重視の設定とし、
上記加速時オーバーラップ増加手段は、実吸気圧力が負圧状態の上記非過給域からの加速過渡期には、上記実吸入空気量にかかわらず、加速開始直後からバルブオーバーラップ量を燃費重視の設定からトルク重視の設定に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記非過給域からの加速過渡期には、加速開始時期から実吸気圧力が大気圧近傍となるまでの所定期間、上記バルブオーバーラップ量をトルク重視の設定に保持することを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記加速過渡期には、上記実吸入空気量にかかわらず設定された加速過渡期用吸入空気量と、上記実吸入空気量のうち、大きい値の方に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定することをを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記大気圧近傍から過給域への加速過渡期に、上記バルブオーバーラップ量が掃気重視の設定に向けて徐々に増加するように、上記加速過渡期用吸入空気量を、上記掃気重視の設定が用いられる所定の掃気重視設定値に増加させるとともに、その増加率を所定値に制限することを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項６】
上記バルブオーバーラップ量設定手段は、実吸気圧力が大気圧近傍となる所定の領域では、バルブオーバーラップ量を過給域よりも小さくするトルク重視の設定とするとともに、上記非過給域では、上記バルブオーバーラップ量を大気圧近傍のトルク重視設定値よりも大きく過給域の掃気重視設定値よりも小さくして内部ＥＧＲを促進する燃費重視の設定とし、
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記非過給域からの加速過渡期には、加速開始時期から実吸気圧力が大気圧近傍となるまでの所定期間、上記トルク重視の設定が用いられるとともに、その増加率を所定値に制限することを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項１】
排気エネルギーにより吸気を過給するターボ過給機と、
吸気弁と排気弁の双方が開弁するバルブオーバーラップ量を調整可能な可変動弁装置と、を備える過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置において、
内燃機関の実吸入空気量を検出する実吸入空気量検出手段と、
上記実吸入空気量に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定するバルブオーバーラップ量設定手段と、を有し、
このバルブオーバーラップ量設定手段は、定常時には、上記ターボ過給機により過給が行われる過給域ではバルブオーバーラップ量を大きくする掃気重視の設定とするとともに、大気圧近傍ではバルブオーバーラップ量を上記過給域で設定されるオーバーラップ量よりも小さくするトルク重視の設定とし、
内燃機関の運転状態が加速時であって、実吸気圧力が大気圧近傍である場合には、上記実吸入空気量によらずバルブオーバーラップ量をトルク重視の設定から掃気重視の設定へ増加させる加速時オーバーラップ増加手段を有することを特徴とする過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
上記バルブオーバーラップ量設定手段は、非過給域では、上記バルブオーバーラップ量を大気圧近傍で設定されるトルク重視のバルブオーバーラップ量よりも大きく、過給域で設定される掃気重視のバルブオーバーラップ量よりも小さくして、内部ＥＧＲを促進する燃費重視の設定とし、
上記加速時オーバーラップ増加手段は、実吸気圧力が負圧状態の上記非過給域からの加速過渡期には、上記実吸入空気量にかかわらず、加速開始直後からバルブオーバーラップ量を燃費重視の設定からトルク重視の設定に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記非過給域からの加速過渡期には、加速開始時期から実吸気圧力が大気圧近傍となるまでの所定期間、上記バルブオーバーラップ量をトルク重視の設定に保持することを特徴とする請求項２に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記加速過渡期には、上記実吸入空気量にかかわらず設定された加速過渡期用吸入空気量と、上記実吸入空気量のうち、大きい値の方に基づいて、上記バルブオーバーラップ量を設定することをを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記大気圧近傍から過給域への加速過渡期に、上記バルブオーバーラップ量が掃気重視の設定に向けて徐々に増加するように、上記加速過渡期用吸入空気量を、上記掃気重視の設定が用いられる所定の掃気重視設定値に増加させるとともに、その増加率を所定値に制限することを特徴とする請求項４に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項６】
上記バルブオーバーラップ量設定手段は、実吸気圧力が大気圧近傍となる所定の領域では、バルブオーバーラップ量を過給域よりも小さくするトルク重視の設定とするとともに、上記非過給域では、上記バルブオーバーラップ量を大気圧近傍のトルク重視設定値よりも大きく過給域の掃気重視設定値よりも小さくして内部ＥＧＲを促進する燃費重視の設定とし、
上記加速時オーバーラップ増加手段は、上記非過給域からの加速過渡期には、加速開始時期から実吸気圧力が大気圧近傍となるまでの所定期間、上記トルク重視の設定が用いられるとともに、その増加率を所定値に制限することを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付き内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−６７６７８（Ｐ２０１２−６７６７８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３０９８（Ｐ２０１０−２１３０９８）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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