JP2010223068A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ高応答でノッキングを回避できる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】アルコール混合燃料におけるアルコール濃度が低く、ノッキングが発生し易い場合には、可変バルブタイミング機構を制御して吸気バルブの閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ後の領域で遅らせる。吸気バルブの閉時期ＩＶＣが遅れると、圧縮行程の途中から圧縮されることになって有効圧縮比が減少し、ノッキングが発生し難くなるため、ノッキングの発生を未然に回避できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、吸気バルブの閉時期を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関に適用される制御装置に関する。

特許文献１には、圧縮比可変機構を備えた内燃機関において、ノッキングの発生を検知した場合に、前記圧縮比可変機構によって圧縮比を低下させることが開示されている。

特開２０００−０７３８０４号公報

ところで、ピストンの上死点位置を変更する圧縮比可変機構は構造が複雑であって高コストであり、また、ノッキング発生に対して高い応答で圧縮比を変更することが難しいという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、低コストかつ高応答でノッキングを回避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。

そのため、本願発明では、吸気バルブの閉時期を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関において、ノッキングの発生に関与する燃料性状、又は、ノッキング発生の検出結果に応じて、吸気バルブの閉時期を変更するようにした。

上記発明によると、可変動弁機構によって吸気バルブの閉時期を可変とすることで、低コストかつ高応答でノッキングを回避できる。

実施形態における可変バルブタイミング機構を備えた車両用内燃機関のシステムを示す図である。 実施形態における可変バルブタイミング機構の断面図である。 実施形態におけるアルコール濃度に応じた閉時期ＩＶＣの設定処理を示すフローチャートである。 実施形態における可変バルブタイミング機構の操作量の演算・出力処理を示すフローチャートである。 実施形態におけるアルコール濃度による閉時期ＩＶＣの違いを例示する図である。 実施形態におけるオクタン価に応じた閉時期ＩＶＣの設定処理を示すフローチャートである。 実施形態におけるアルコール濃度及びオクタン価に応じた閉時期ＩＶＣの設定処理を示すフローチャートである。 実施形態におけるノッキングの検出結果に応じた閉時期ＩＶＣの設定処理を示すフローチャートである。 実施形態における可変バルブタイミング機構及び可変リフト機構を備えた車両用内燃機関のシステムを示す図である。 実施形態における可変リフト機構を示す斜視図である。 実施形態における可変リフト機構の側面図である。 実施形態における可変バルブタイミング機構及び可変リフト機構の操作量の演算・出力処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本願発明に係る制御装置が適用される車両用内燃機関１０１の構成図であり、この内燃機関１０１は、ガソリンの他に、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用できるようになっている。

前記混合燃料は、予め混合燃料として燃料タンクに蓄えるようにできる他、ガソリンとアルコールとを個別に燃料タンクに貯留し、各燃料タンクから送出された燃料を混合させて燃料噴射弁１３１に供給させることができる。

尚、本実施形態では前記内燃機関１０１を直列４気筒機関とするが、Ｖ型機関や水平対向機関であってもよく、また、気筒数は４気筒以外であってもよい。
内燃機関１０１の吸気管１０２には、スロットルモータ１０３ａでスロットルバルブ１０３ｂを開閉駆動する電子制御スロットル１０４が介装される。

そして、前記電子制御スロットル１０４及び吸気バルブ１０５を介して、燃焼室１０６内に空気が吸入される。
各気筒の吸気ポート１３０には、燃料噴射弁１３１が設けられる。

尚、燃料噴射弁１３１が燃焼室１０６内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式内燃機関であってもよい。
前記燃料噴射弁１３１は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという。）１１４からの噴射パルス信号によって開弁駆動され、燃料を噴射する。

前記燃焼室１０６内に吸引された燃料は、点火プラグ１１１による火花点火によって着火燃焼する。
前記点火プラグ１１１には、点火コイル及び該点火コイルへの通電を制御するパワートランジスタを内蔵した点火モジュール１１２がそれぞれ直付けされている。

燃焼室１０６内の燃焼排気は、排気バルブ１０７を介して排気管１２１に排出され、排気管１２１に介装されるフロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９を通過して大気中に放出される。

前記フロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９は、三元触媒等の排気浄化触媒を内蔵しており、このフロント触媒コンバータ１０８及びリア触媒コンバータ１０９を通過する際に、排気が浄化される。

前記吸気バルブ１０５及び排気バルブ１０７は、それぞれ吸気カムシャフト１３４，排気カムシャフト１１０に一体的に設けられたカムによって開駆動されるが、吸気カムシャフト１３４には、可変バルブタイミング機構１１３が設けられている。

前記可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０（出力軸）に対する吸気カムシャフト１３４の回転位相を変化させることで、吸気バルブ１０５のバルブタイミング（バルブ作動角の中心位相）を変化させる可変動弁機構であり、該可変バルブタイミング機構１１３によって、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯ及び閉時期ＩＶＣが、バルブ作動角を一定に保ったまま変化する。

図２は、前記可変バルブタイミング機構１１３の構造を示す。
前記可変バルブタイミング機構１１３は、クランクシャフト１２０と同期して回転するスプロケット２５に固定され、このスプロケット２５と一体的に回転する第１回転体２１と、ボルト２２ａにより前記吸気カムシャフト１３４の一端に固定され、吸気カムシャフト１３４と一体的に回転する第２回転体２２と、ヘリカルスプライン２６により第１回転体２１の内周面と第２回転体２２の外周面とに噛合する筒状の中間ギア２３と、を有している。

前記中間ギア２３には３条ネジ２８を介してドラム２７が連結されており、このドラム２７と中間ギア２３との間にねじりスプリング２９が介装されている。
前記中間ギア２３は、ねじりスプリング２９によって遅角方向（図２の左方向）へ付勢されており、電磁リターダ２４に電圧を印加して磁力を発生すると、ドラム２７及び３条ネジ２８を介して進角方向（図２の右方向）へ動かされる。

この中間ギア２３の軸方向位置に応じて、回転体２１，２２の相対位相が変化して、クランクシャフト１２０に対する吸気カムシャフト１３４の位相が変化する。
前記電磁リターダ２４は、前記ＥＣＵ１１４からの送られる操作量に応じて動作し、吸気カムシャフト１３４の位相（吸気バルブ１０５のバルブタイミング）が、前記操作量に応じて変化する。

尚、前記可変バルブタイミング機構１１３は、図２に示した構造のものに限定されず、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる公知の可変バルブタイミング機構を適宜選択して採用でき、例えば、特開２００３−１８４５１６号公報に開示される、渦巻き状ガイドに変位可能に案内係合される可動案内部を備えてなる可変バルブタイミング機構や、特開２００７−１２０４０６号公報に開示される油圧ベーン式の可変バルブタイミング機構などであっても良い。

前記ＥＣＵ１１４は、マイクロコンピュータを内蔵し、予め記憶されているプログラムに従って各種センサからの検出信号を演算処理することによって、前記電子制御スロットル１０４，可変バルブタイミング機構１１３（可変動弁機構），燃料噴射弁１３１，点火モジュール１１２等を制御する。

前記各種センサとしては、アクセルペダル１１６ａの踏み込み量（アクセル開度）ＡＣＣを検出するアクセル開度センサ１１６、機関１０１の吸入空気量Ｑを検出するエアフローセンサ１１５、クランクシャフト１２０の回転に応じて検出信号ＰＯＳを出力するクランク角センサ１１７、スロットルバルブ１０３ｂの開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１１８、機関１０１の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ１１９、前記吸気カムシャフト１３４の回転に応じて検出信号ＣＡＭを出力するカムセンサ１３２、車両の走行速度（車速）ＶＳＰを検出する車速センサ１２３、前記燃料噴射弁１３１が噴射する燃料（ガソリンとアルコールとの混合燃料）中のアルコール濃度ＡＤを検出するアルコール濃度センサ１２４（燃料性状検出手段）、内燃機関１０１のノッキング発生時の振動ＶＩを圧電素子などにより検出するノックセンサ１２５（ノッキング検出手段）、フロント触媒コンバータ１０８の上流側の排気管１２１に設けられ、排気中の酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ１２６などが設けられている。

前記アルコール濃度センサ１２４としては、特開平７−１６７８１６号公報に開示されるような静電容量型のアルコール濃度センサを用いることができる。
前記ＥＣＵ１１４は、クランク角センサ１１７から出力される検出信号ＰＯＳに基づいて機関回転速度ＮＥを演算し、該機関回転速度ＮＥと吸入空気量Ｑとに基づいて基本燃料噴射量ＴＰを演算する。

また、前記アルコール濃度センサ１２４で検出されるアルコール濃度ＡＤに応じて第１補正係数を演算し、冷却水温度ＴＷなどに応じて第２補正係数を演算し、更に、空燃比センサ１２６で検出される空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に近づけるための第３補正係数を演算し、前記基本燃料噴射量ＴＰを、前記第１〜第３補正係数などで補正して、最終的な燃料噴射量ＴＩを算出する。

そして、前記燃料噴射量ＴＩに相当するパルス幅の噴射信号を、各気筒の吸気行程にタイミングを合わせて前記燃料噴射弁１３１に出力して、機関１０１の各気筒に燃料を供給する。

また、エタノールなどのアルコール系燃料は、ガソリンよりもアンチノック性が高いため、混合燃料のアルコール濃度ＡＤが高くなるほどノッキングが発生し難くなり、逆に、混合燃料のアルコール濃度ＡＤが低くなるほどノッキングが発生し易くなるため、前記ＥＣＵ１１４は、ノッキング発生を未然に抑制するために、アルコール濃度ＡＤに応じて可変バルブタイミング機構１１３を制御する。

即ち、可変バルブタイミング機構１１３によって吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを、下死点ＢＤＣ後のより遅い時期にすると、圧縮行程の途中から圧縮が始まることになり、実際の圧縮比（有効圧縮比）が抑えられることになり、圧縮比の低下によってノッキング（異常燃焼）が発生し難くなる。

一方、可変バルブタイミング機構１１３によって吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを、下死点ＢＤＣに近づけるように進角させると、実際の圧縮比（有効圧縮比）を増大させて燃焼効率を高めることができる。

従って、ノッキングの発生に関与する燃料性状であるアルコール濃度ＡＤに応じて、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）を変化させれば、ノッキングの発生を抑制できる高い有効圧縮比に設定でき、ノッキング抑制と高い燃焼効率とを両立させることができる。

上記のように、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣから遅らせることで、有効圧縮比を減少変化させるので、ベース圧縮比（ピストンが下死点にあるときのシリンダの全容積とピストンが上死点にあるときにピストン上に残るシリンダ容積との比）を、１２程度の高い値に設定することができる。

これにより、ノッキングが発生し難い燃料が使用され、かつ、ノッキングが発生し難い機関運転領域では、高い圧縮比によって高い燃焼効率を得られる。
図３のフローチャートは、前述のアルコール濃度ＡＤに応じた閉時期ＩＶＣの制御、即ち、ＥＣＵ１１４の閉時期制御手段としての機能を示す。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ５０１では、アルコール濃度センサ１２４で検出されたアルコール濃度ＡＤ、機関トルク（機関負荷）、機関回転速度ＮＥなどを読み込む。

尚、機関トルクは、前記基本燃料噴射量ＴＰで代表させることができる。
また、アルコール濃度センサ１２４を備えない場合、或いは、アルコール濃度センサ１２４が故障している場合には、混合燃料のアルコール濃度ＡＤを、前記第３補正係数に基づいて推定することができる。

例えば、ガソリン１００％の燃料であると仮定して燃料噴射を行わせた場合、実際の使用燃料が、アルコール混合燃料であったとすると、アルコール濃度ＡＤが高いほど空燃比センサ１２６で検出される空燃比が理論空燃比よりもリーンになり、第３補正係数は燃料噴射量をより大きく増大補正する値に設定されることになるから、第３補正係数の値が大きいほど使用燃料のアルコール濃度ＡＤが高いと推定できる。

ステップＳ５０２では、機関１０１の運転条件を示す前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとから、基本閉時期ＩＶＣ角度を算出する。
本実施形態においてＩＶＣ角度は、下死点ＢＤＣから閉時期ＩＶＣまでの遅角角度（degＡＢＤＣ）を示し、基本ＩＶＣ角度の値が小さいほど閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣに近く、基本ＩＶＣ角度の値が大きいほど閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣからより遅角した位置であることを示す。

前記基本ＩＶＣ角度は、定常走行域（中負荷・中回転域）で最も小さいに値に設定され、前記定常走行域（中負荷（中トルク）・中回転）から外れ、機関加速（高負荷（高トルク）側）または機関減速（低負荷（低トルク）側）するとより大きな値設定されるが、定常走行域（中負荷（中トルク）・中回転）を除く領域では低回転・高負荷（機関急加速や全開加速）になるほど、より小さな値（より下死点ＢＤＣに近い角度位置）に設定される。

ステップＳ５０３では、アルコール濃度ＡＤに応じて閉時期ＩＶＣ（基本ＩＶＣ角度）を遅角補正するためのアルコール補正値ＡＨＯＳを算出する。
前記アルコール補正値ＡＨＯＳは、アルコール濃度ＡＤが低いほど、換言すれば、ノッキングが発生し易いほど、大きな値に設定される基本値ＡＨＯＳＢ（≧０）に、前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとに応じた補正係数Ｋ１を乗算して求められる。

前記補正係数Ｋ１は、機関１０１の運転条件によるノッキングの発生し易さに応じて予め設定されており、機関回転速度ＮＥが低くかつ機関負荷が大きく、ノッキングが発生し易い領域では大きな値に設定され、機関回転速度ＮＥが高く機関負荷が低くノッキングが発生し難い領域では小さい値に設定され、機関回転速度ＮＥと機関負荷とに応じて最小値の０％から最大値の１００％までの間で設定される。

ステップＳ５０４では、前記ステップＳ５０２で求めた基本ＩＶＣ角度に、前記ステップＳ５０３で求めたアルコール補正値ＡＨＯＳを加算して、最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標閉時期ＩＶＣ）を算出する。

従って、アルコール混合燃料のアルコール濃度ＡＤが低く、かつ、機関運転条件がノッキングの発生し易い条件のときに、前記アルコール補正値ＡＨＯＳは最も大きな値に設定され、閉時期ＩＶＣは下死点ＢＤＣから最も遅角した角度位置に設定される。

逆に、アルコール混合燃料のアルコール濃度ＡＤが高く、かつ、機関運転条件がノッキングの発生し難い条件のときに、前記アルコール補正値ＡＨＯＳは最も小さい値に設定され、閉時期ＩＶＣは下死点ＢＤＣに最も近い角度位置に設定される。

これにより、アルコール混合燃料のアルコール濃度ＡＤが高ければ、高い有効圧縮比に設定して、高い燃焼効率を得られる一方、アルコール混合燃料のアルコール濃度ＡＤが低ければ、有効圧縮比を低くしてノッキングの発生を抑制する。

ここで、前記可変バルブタイミング機構１１３は、一般的に可変圧縮比機構よりも低コストで、かつ、動作速度が速いから、アルコール濃度ＡＤの違いによるノッキングの発生し易さの違いに対して、ノッキングを回避できる有効圧縮比を、低コストかつ高応答で実現できる。

前記最終的なＩＶＣ角度に基づく可変バルブタイミング機構１１３の制御は、図４のフローチャートに従って行われ、まず、ステップＳ９０１では、最終的なＩＶＣ角度の最新値を読み込む。

次のステップＳ９０２では、前記ステップＳ９０１で読み込んだ最終的なＩＶＣ角度から、可変バルブタイミング機構１１３の初期状態でのＩＶＣ角度（イニシャルＩＶＣ角度：本実施形態では最遅角位置）を減算することで変換目標角度を求める。

次のステップＳ９０３では、クランク角センサ１１７の検出信号及びカムセンサ１３２の検出信号から実際の変換角度を検出する。
具体的には、クランク角センサ１１７の検出信号から基準クランク角位置を検出し、該基準クランク角位置から、カムセンサ１３２で検出される基準カム角位置までの角度を検出することで、クランクシャフト１２０に対する吸気カムシャフト１３４の回転位相、即ち、実際の変換角を求める。

ステップＳ９０４では、前記変換目標角度と、クランク角センサ１１７及びカムセンサ１３２から検出された実際の変換角度とを比較して、実際の変換角度を変換目標角度に近づけるように、電磁リターダ２４の操作量を演算して出力するフィードバック制御を行う。

具体的には、前記変換目標角度と実際の変換角度との偏差（制御エラー）に基づく、比例動作・積分動作・微分動作によって操作量（デューティ比）を演算し、該操作量（デューティ比）に従って、電磁リターダ２４への電源供給をスイッチングするスイッチング素子を駆動する。

前記変換目標角度は、初期状態でのＩＶＣ角度（イニシャルＩＶＣ角度）から、最終的なＩＶＣ角度までのクランク角度であり、例えば、可変バルブタイミング機構１１３の初期状態が最遅角位置であるとすると、この最遅角位置からの進角量である。

図５は、ガソリン１００％燃料を使用した場合（Ｅ０）と、アルコール濃度８５％の燃料（Ｅ８５）を使用した場合とのバルブタイミング（閉時期ＩＶＣ）の違いを示し、アルコール濃度８５％（Ｅ８５）では、下死点後２０deg（ＡＢＤＣ２０deg）の位置に閉時期ＩＶＣが設定されるのに対し、ガソリン１００％燃料（Ｅ０）では、下死点後４０deg（ＡＢＤＣ４０deg）の位置にまで閉時期ＩＶＣが遅角される。

吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣが遅角されるほど有効圧縮比が低下し、ノッキングが発生し難くなるから、アルコール濃度ＡＤが低くノッキングが発生し易いほど、閉時期ＩＶＣを遅角させれば、ノッキングの発生を抑制できる範囲内で、極力高い有効圧縮比に設定でき、ノッキング抑制と高い燃焼効率とを両立させることができる。

ところで、上記実施形態では、アルコール濃度が０％のガソリン燃料では、前記基本値ＡＨＯＳＢが一定となり、機関運転条件によるノッキングの発生し易さに応じて閉時期ＩＶＣが変更されるが、ノッキングの発生に関与する燃料性状であるオクタン価（アンチノック性）が異なるガソリン燃料（例えばハイオク燃料・レギュラー燃料）が使用される場合がある。

そこで、ガソリン燃料のオクタン価に応じて閉時期ＩＶＣを変更させることができ、係る構成とした実施形態を、図６のフローチャートに従って説明する。
尚、ガソリン燃料のオクタン価に応じて閉時期ＩＶＣを変更させる場合には、図１に示すように、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣを検出するオクタン価センサ１２７（燃料性状検出手段）を設ける。前記オクタン価センサ１２７は、例えば燃料の屈折率の違いによってオクタン価に相関する比重を検出するセンサである。

図６のフローチャートにおいて、ステップＳ６０１では、オクタン価センサ１２７で検出されたガソリン燃料のオクタン価ＯＣ、機関トルク（機関負荷）、機関回転速度ＮＥなどのデータを読み込む。

尚、機関トルクは、前記基本燃料噴射量ＴＰで代表させることができる。
また、オクタン価センサ１２７を備えない場合、或いは、オクタン価センサ１２７が故障している場合には、前記オクタン価ＯＣを、前記ノックセンサ１２５の検出結果に基づいて推定することができる。

例えば、ガソリン燃料が使用される条件で、初期状態としてオクタン価が最も低いガソリン燃料に適合する遅角側の点火時期に基づいて点火を行わせ、ノックセンサ１２５でノッキングの発生が検出されるまで、点火時期を徐々に進角し、ノッキングが発生する直前の点火時期を求める。

ここで、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが高いほど、ノッキングが発生し難く、点火時期をより進角できることになるから、イニシャルの点火時期に対してどれだけ進角できたかによって、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣを推定することができる。

尚、圧電素子であるノックセンサ１２５に代えて、音や燃焼室内のイオン電流やクランク角速度の変化などからノッキングの発生を検出することができる。
ステップＳ６０２では、前記ステップＳ５０２と同様に、機関１０１の運転条件を示す前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとから、基本ＩＶＣ角度を算出する。

ステップＳ６０３では、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣに応じて閉時期ＩＶＣを補正するためのオクタン価補正値ＯＣＨＯＳを算出する。
前記オクタン価補正値ＯＣＨＯＳは、オクタン価ＯＣが低いほど、換言すれば、ノッキングが発生し易いほど、大きな値に設定される基本値ＯＣＨＯＳＢ（≧０）に、前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとに応じた補正係数Ｋ１を乗算して求められる。

前記補正係数Ｋ１は、前記ステップＳ５０３で説明したように、機関１０１の運転条件によるノッキングの発生し易さに応じて予め設定されている。
また、フローチャート中に示す基本値ＯＣＨＯＳＢは、オクタン価ＯＣの減少に対して傾きをもって連続的に増大変化する特性としたが、例えば、オクタン価ＯＣを、ハイオクガソリン相当の高オクタン価と、レギュラーガソリン相当の低オクタン価との２種類に判別させることができ、この場合には、基本値ＯＣＨＯＳＢとしては、大小異なる２つの値のうちのいずれか一方を選択することになる。

そして、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが低く、かつ、機関運転条件がノッキングの発生し易い条件のときに、前記オクタン価補正値ＯＣＨＯＳは最も大きな値に設定され、逆に、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが高く、かつ、機関運転条件がノッキングの発生し難い条件のときに、前記オクタン価補正値ＯＣＨＯＳは最も小さい値に設定される。

ステップＳ６０４では、前記ステップＳ６０２で求めた基本ＩＶＣ角度に、前記ステップＳ６０３で求めたオクタン価補正値ＯＣＨＯＳを加算して、最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標ＩＶＣ）を算出する。

前記最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標ＩＶＣ）に基づく可変バルブタイミング機構１１３の制御は、前述の図４のフローチャートに従って行われる。
上記制御により、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが高いほど（ノッキングが発生し難いほど）、閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣに近づけ、有効圧縮比がより高くなるようにし、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが低いほど（ノッキングが発生し易いほど）、閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ後のより遅れた位置にして、有効圧縮比がより低くなるようにする。

これにより、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが高ければ、高い有効圧縮比に設定して、高い燃焼効率を得られる一方、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが低ければ、有効圧縮比を低くしてノッキングの発生が抑制される。

ここで、前記可変バルブタイミング機構１１３は、一般的に可変圧縮比機構よりも低コストで、かつ、動作速度が速いから、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣの違いによるノッキングの発生し易さの違いに対して、ノッキングを回避できる有効圧縮比を、低コストかつ高応答で実現できる。

ところで、上記では、アルコール濃度ＡＤとガソリン燃料のオクタン価ＯＣとの一方に基づいて、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを設定したが、アルコール混合燃料が使用される場合に、アルコール濃度ＡＤ及びガソリン燃料のオクタン価ＯＣに基づいて吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを設定させることができ、係る構成とした実施形態を、図７のフローチャートに従って説明する。

図７のフローチャートにおいて、ステップＳ７０１では、アルコール濃度センサ１２４で検出されたアルコール濃度ＡＤ、オクタン価センサ１２７で検出されたガソリン燃料のオクタン価ＯＣ、機関トルク（機関負荷）、機関回転速度ＮＥなどのデータを読み込む。

尚、前記オクタン価ＯＣは、前述のように、前記ノックセンサ１２５の検出結果に基づく点火時期の補正結果から推定でき、また、アルコール濃度ＡＤは、空燃比フィードバック制御の結果から推定できる。

ステップＳ７０２では、前記ステップＳ５０２と同様に、機関１０１の運転条件を示す前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとから、基本ＩＶＣ角度を算出する。
ステップＳ７０３では、アルコール濃度ＡＤ及びガソリン燃料のオクタン価ＯＣに応じて閉時期ＩＶＣを補正するための燃料性状補正値ＦＣＨＯＳを算出する。

前記アルコール補正値ＡＨＯＳは、アルコール濃度ＡＤ及びオクタン価ＯＣに応じて設定される基本値ＦＣＨＯＳＢ（≧０）に、前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとに応じた補正係数Ｋ１を乗算して求められる。

前記基本値ＦＣＨＯＳＢは、フローチャート中に示すように、アルコール濃度ＡＤが低くノッキングが発生し易いほど大きな値に設定され、また、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣが低くノッキングが発生し易いほど大きな値に設定される。

また、補正係数Ｋ１は、前記ステップＳ５０３と同様に、機関１０１の運転条件によるノッキングの発生し易さに応じて予め設定されている。
ステップＳ７０４では、前記ステップＳ７０２で求めた基本ＩＶＣ角度に、前記ステップＳ７０３で求めた燃料性状補正値ＦＣＨＯＳを加算して、最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標ＩＶＣ）を算出する。

前記最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標ＩＶＣ）に基づく可変バルブタイミング機構１１３の制御は、前述の図４のフローチャートに従って行われる。
上記実施形態によると、アルコール濃度ＡＤに応じて異なるノッキングの発生し易さと、ガソリン燃料のオクタン価ＯＣに応じて異なるノッキングの発生し易さとの双方に対応して、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）が設定されるので、アルコール濃度ＡＤの変化及びアルコール燃料と混合されるガソリン燃料のオクタン価ＯＣの変化に対して、ノッキングを回避できる最大の有効圧縮比に精度良く制御できる。

上記のように、アルコール濃度ＡＤ及び／又はガソリン燃料のオクタン価ＯＣに応じた吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）に設定した状態で、ノッキングの発生がノックセンサ１２５で検出された場合には、点火時期の遅角や排気還流量の増大などを行ってノッキングの抑制を図ることができる。

また、ノッキング発生の有無に応じて吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣ（有効圧縮比）を変更することも可能であり、係る構成とした実施形態を、図８のフローチャートに従って説明する。

ステップＳ８０１では、ノックセンサ１２５の信号を読み込み、ステップＳ８０２では、前記ノックセンサ１２５の信号に基づいてノッキングの発生（ノッキングの発生頻度が許容レベルを超えている状態）が検出されたか否かを判断する。

そして、ノッキング発生状態であれば、ステップＳ８０３へ進み、吸気バルブ１０５の目標閉時期ＩＶＣの前回値を予め記憶された遅角修正値ΔＲＴＤ（deg）だけ遅角補正して今回の目標閉時期ＩＶＣとする設定を行う。

換言すれば、ノッキング発生に対して、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣ後のより遅い時期に変更して、有効圧縮比を低下させ、ノッキングの抑制を図る。
ここで、可変バルブタイミング機構１１３は、一般的な可変圧縮比機構に比べてノッキングの抑制動作において高応答であって、ノッキング発生の検出から実際にノッキングを抑制できるようになるまでの応答時間が、可変圧縮比機構に比べて短いので、速やかにノッキング（異常燃焼）を抑制することができる。

一方、ノッキング発生状態でなければ、ステップＳ８０４へ進み、吸気バルブ１０５の目標閉時期ＩＶＣの前回値を予め記憶された進角修正値ΔＡＤＶ（deg）だけ進角補正して今回の目標閉時期ＩＶＣとする設定を行う。

換言すれば、ノッキングが発生していない場合、吸気バルブ１０５の閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣに近づける進角補正を行い、有効圧縮比を最大限に大きくして燃焼効率の改善を図る。

前記ノッキング発生の有無に応じて補正される最終的なＩＶＣ角度（最終的な目標ＩＶＣ）に基づく可変バルブタイミング機構１１３の制御は、前述の図４のフローチャートに従って行われる。

尚、前記遅角修正値ΔＲＴＤを進角修正値ΔＡＤＶよりも大きな角度に設定することで、ノッキング発生状態の速やかな解消を図りつつ、ハンチングの発生を抑制することができ、前記遅角修正値ΔＲＴＤ及び進角修正値ΔＡＤＶは、過剰に閉時期ＩＶＣが遅角されることがなく、ノッキング発生直前まで閉時期ＩＶＣを進角できるように、予め適合されている。

また、ノッキング発生を回避できる最大進角側の閉時期ＩＶＣを、アルコール濃度ＡＤやオクタン価ＯＣや機関運転状態毎に更新記憶させ、該記憶させた閉時期ＩＶＣを基本値として、ノッキング発生の有無に応じた補正を加えるようにすることができる。

また、ノッキング発生によって遅角させる閉時期ＩＶＣの遅角限界を設定し、該遅角限界まで閉時期ＩＶＣを遅角してもノッキングを抑制できない場合には、点火時期の遅角補正や排気還流量の増大補正などを実施させることができる。

ところで、上記実施形態では、可変動弁機構として、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を変化させる可変バルブタイミング機構（中心位相可変機構）１１３を備えたが、可変バルブタイミング１１３と共に、吸気バルブ１０５のバルブ作動角をバルブリフト量（最大バルブリフト量）と共に可変とする可変リフト機構１１２を備える構成においても、前述のように、アルコール濃度，オクタン価などの燃料性状やノッキング発生の有無に応じた閉時期ＩＶＣの設定制御を実施することで、同様な効果が得られる。

また、始動時ないし始動後に、図３、図６、図７のいずれかのフローチャートに従って最終的なＩＶＣ角度を設定し、その後に、この最終的なＩＶＣ角度を図８のフローチャートに示すようにノッキング発生の有無に応じて補正することができる。

図９は、前記可変バルブタイミング１１３と共に、可変リフト機構１１２を備える内燃機関１０１を示すが、図１に示した内燃機関１０１と同一要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

図９に示す可変リフト機構１１２は、吸気バルブ１０５のバルブ作動角をバルブリフト量と共に連続的に可変とする機構であり、詳細には、図１０の斜視図に示すような構造のものである。

図１０において、前記吸気バルブ１０５の上方に、前記クランクシャフト１２０によって回転駆動される吸気カムシャフト１３４が気筒列方向に沿って回転可能に支持されている。

前記吸気カムシャフト１３４には、吸気バルブ１０５のバルブリフタ１０５ａに当接して吸気バルブ１０５を開閉駆動する揺動カム４が相対回転可能に外嵌されている。
前記吸気カムシャフト３と揺動カム４との間には、吸気バルブ１０５のバルブ作動角及びバルブリフト量を連続的に変更するための可変リフト機構１１２が設けられている。

また、前記吸気カムシャフト１３４の一端部には、クランクシャフト１２０に対する前記吸気カムシャフト１３４の回転位相を変化させることにより、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相を連続的に変更する前記可変バルブタイミング機構１１３が配設されている。

前記リフト・作動角可変機構１１２は、図１０及び図１１に示すように、吸気カムシャフト１３４に偏心して固定的に設けられる円形の駆動カム１１と、この駆動カム１１に相対回転可能に外嵌するリング状リンク１２と、吸気カムシャフト１３４と略平行に気筒列方向へ延びる制御軸１３と、この制御軸１３に偏心して固定的に設けられた円形の制御カム１４と、この制御カム１４に相対回転可能に外嵌すると共に、一端がリング状リンク１２の先端に連結されたロッカアーム１５と、このロッカアーム１５の他端と揺動カム４とに連結されたロッド状リンク１６と、を有している。

前記制御軸１３は、電動モータ１７等のアクチュエータによりギヤ列１８を介して所定の制御範囲内で回転駆動される。
前記制御軸１３を回転駆動するアクチュエータとしては、油圧アクチュエータを用いることができ、また、電動モータ１７として、例えばＤＣモータやブラシレスモータなどを用いることができる。

上記の構成により、クランクシャフト１２０に連動して吸気カムシャフト１３４が回転すると、駆動カム１１を介してリング状リンク１２がほぼ並進移動すると共に、ロッカアーム１５が制御カム１４の軸心周りに揺動し、ロッド状リンク１６を介して揺動カム４が揺動して吸気バルブ１０５が開駆動される。

また、前記モータ１７を駆動制御して制御軸１３の回転角度を変化させることにより、ロッカアーム１５の揺動中心となる制御カム１４の軸心位置が変化して揺動カム４の姿勢が変化する。

これにより、吸気バルブ１０５のバルブ作動角の中心位相が略一定のままで、吸気バルブ１０５のバルブ作動角及びバルブリフト量が連続的に変化する。
尚、バルブ作動角及びバルブリフト量が連続的に変化すると同時、バルブ作動角の中心位相が変化するように構成した可変リフト機構１１２であってもよい。

前記ＥＣＵ１１４には、前記制御軸１３の回転角を検出する角度センサ１３５からの検出信号ＣＡが入力され、目標のバルブ作動角・バルブリフト量に対応する目標角度位置に前記制御軸１３を回動させるべく、前記角度センサ１３５の検出結果に基づいて前記モータ１７の通電制御デューティをフィードバック制御する。

そして、前記可変リフト機構１１２を備えた内燃機関１０１においても、前記図３，６，７，８のフローチャートのいずれかに示すようにして、アルコール濃度，オクタン価などの燃料性状やノッキング発生の有無に応じて最終的な閉時期ＩＶＣを算出させる。

そして、前記最終的な閉時期ＩＶＣに基づく、可変リフト機構１１２及び可変バルブタイミング機構１１３の制御は、図１２のフローチャートに示すようにして行う。
ステップＳ１００１では、アルコール濃度，オクタン価などの燃料性状やノッキング発生の有無に応じて設定された最終的な閉時期ＩＶＣを読み込む。

ステップＳ１００２では、吸気バルブ１０５の開時期ＩＶＯの基本値を、機関１０１の運転条件を示す前記機関トルク（機関負荷）と機関回転速度ＮＥとから算出する。
本実施形態において開時期ＩＶＯは、上死点ＴＤＣからの進角角度（degＢＴＤＣ）で示し、開時期ＩＶＯの角度が小さいほど開時期ＩＶＯが上死点ＴＤＣに近く、開時期ＩＶＯの角度が大きいほど開時期ＩＶＯが上死点ＴＤＣからより進角した位置であることを示す。

前記基本ＩＶＯ角度は、定常走行域（中負荷・中回転域）で最も大きな値に設定され、前記定常走行域（中負荷・中回転域）から外れ、機関加速（高負荷側（高トルク側））ないし機関減速（低負荷（低トルク側）すると、より小さい値に設定されるが、定常走行域（中負荷・中回転域）を除く領域では、低回転・高負荷になるほど、また、高回転・高負荷になる程、即ち、高負荷（高トルク）（機関急加速や全開加速）になる程より小さな値（より上死点ＴＤＣに近い角度位置）に設定され、前記基本ＩＶＯ角度の特性は、運転条件毎のバルブオーバーラップ量の要求に対応している。

ステップＳ１００３では、最終的な閉時期ＩＶＣ及び基本開時期ＩＶＯに基づいて、吸気バルブ１０５の目標バルブリフト量を算出する。
ここで、基本開時期ＩＶＯは、上死点ＴＤＣから開時期ＩＶＯまでの進角角度であり、最終的な閉時期ＩＶＣは下死点ＢＤＣから閉時期ＩＶＣまでの遅角角度であり、上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣまではクランク角で１８０degであるから、開時期ＩＶＯから閉時期ＩＶＣまでのクランク角は、基本開時期ＩＶＯ＋最終的な閉時期ＩＶＣ＋１８０degで求められ、これは、吸気バルブ１０５のバルブ作動角である。

そこで、可変リフト機構１１２におけるバルブ作動角とバルブリフト量との相関から、前記「基本開時期ＩＶＯ＋最終的な閉時期ＩＶＣ＋１８０deg」に相当するバルブリフト量を目標バルブリフト量（目標最大バルブリフト量）として求める。

前記目標バルブリフト量は、制御軸１３の目標角度に変換され、角度センサ１３５で検出される実角度が前記目標角度に近づくように、可変リフト機構１１２が制御される。
ステップＳ１００４では、可変バルブタイミング機構１１３における位相目標を下式に従って算出する。

位相目標＝基本ＩＶＯ−オフセット−（最終ＩＶＣ＋基本ＩＶＯ＋１８０）／２
上式において、「最終ＩＶＣ＋基本ＩＶＯ＋１８０」は、前述のように、吸気バルブ１０５のバルブ作動角であり、また、基本ＩＶＯは上死点ＴＤＣから開時期ＩＶＯまでの進角角度であるから、基本ＩＶＯからバルブ作動角の半分の角度を減算した結果は、上死点ＴＤＣからバルブ開期間の中心位置までの遅角角度を示すことになる。

そして、前記オフセットは、可変バルブタイミング機構１１３の初期状態（最遅角位置）における上死点ＴＤＣからバルブ開期間の中心位置までの角度であり、位相目標は、可変バルブタイミング機構１１３の初期状態におけるバルブ開期間の中心位置と、最終ＩＶＣ及び基本ＩＶＯから要求されるバルブ開期間中心位置との角度差を示し、この角度差が、可変バルブタイミング機構１１３における変換目標角度（位相目標）になる。

従って、機関運転条件から設定される基本ＩＶＯを固定とし、ノッキング抑制のための要求に応じて閉時期ＩＶＣが可変に設定されることになり、係る構成であれば、機関運転条件によるバルブオーバーラップ量の要求を満たしつつ、ノッキング抑制のための閉時期ＩＶＣを実現できる。

ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下に効果と共に記載する。
（イ）前記可変動弁機構が、前記吸気バルブのバルブ作動角の中心位相を連続的に可変とする可変バルブタイミング機構と、前記吸気バルブのバルブ作動角を連続的に可変とする可変リフト機構とを含み、
前記閉時期制御手段が、機関運転条件から設定した開時期ＩＶＯと、前記燃料性状検出手段又はノッキング検出手段の検出結果から設定した閉時期ＩＶＣとの双方を満たすように、前記可変バルブタイミング機構及び可変リフト機構を制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、機関運転条件から設定される開時期ＩＶＯを満たすことで、バルブオーバーラップ量の要求を満たすことができ、一方で、ノッキング抑制のための閉時期ＩＶＣを実現して、ノッキング発生を回避できる。
（ロ）前記閉時期制御手段が、ノッキングの発生状態では、前記吸気バルブの閉時期ＩＶＣを遅角修正値ΔＲＴＤ（deg）だけ遅角補正し、ノッキングが発生していない状態では、進角修正値ΔＡＤＶ（deg）だけ進角補正する請求項２記載の内燃機関の制御装置。

上記発明によると、ノッキング発生に対して閉時期ＩＶＣを遅角修正値ΔＲＴＤ（deg）だけ遅角補正して、速やかなノッキングの回避を図る一方、ノッキングが発生していない状態では、閉時期ＩＶＣを進角修正値ΔＡＤＶ（deg）だけ進角補正することで、なるべく高い有効圧縮比で運転させることができる。

１０１…内燃機関、１０４…電子制御スロットル、１０５…吸気バルブ、１０７…排気バルブ、１１２…可変リフト機構、１１３…可変バルブタイミング機構、１１４…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、１２４…アルコール濃度センサ、１２５…ノックセンサ、１２７…オクタン価センサ

Claims (4)

1. 吸気バルブの閉時期を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
   ノッキングの発生に関与する燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
   前記燃料性状検出手段の検出結果に基づいて前記可変動弁機構を制御して、前記吸気バルブの閉時期を前記燃料性状に応じて変更する閉時期制御手段と、
   を含む内燃機関の制御装置。
2. 吸気バルブの閉時期を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
   ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段と、
   前記ノッキング検出手段の検出結果に前記可変動弁機構を制御して、前記吸気バルブの閉時期をノッキングの発生状態に応じて変更する閉時期制御手段と、
   を含む内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料性状検出手段が、燃料のオクタン価及び／又は燃料のアルコール濃度を、ノッキングの発生に関与する燃料性状として検出し、
   前記閉時期制御手段が、燃料のオクタン価が低いほど、及び／又は、燃料のアルコール濃度が低いほど、前記吸気バルブの閉時期を下死点から遅角させる請求項１記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記閉時期制御手段が、前記燃料性状と機関運転条件とから前記吸気バルブの閉時期の補正量を決定する請求項１又は３記載の内燃機関の制御装置。

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