JP4816591B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳細には、機関始動後のファーストアイドル時に燃料の燃焼を安定化させることが可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関には、燃料噴射弁が吸気ポート等の吸気通路内に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関が知られている。ポート噴射式内燃機関では、始動時、特に機関の冷間始動時には燃焼の悪化が生じやすく機関回転数が不安定になる場合がある。すなわち、機関冷間始動時には、噴射された燃料が、低温のため気化せずに液体のまま吸気ポート壁面に付着して気化燃料の濃度が不十分になる場合がある。

特に、揮発性の低い燃料（重質燃料）を使用した場合には、機関冷間始動時には燃料の気化が不十分になり、実際に気筒内に吸入される気化燃料の量が減少するため、気筒内の混合気の空燃比のリーン化による燃焼の悪化が生じ易い。

ところで、近年、内燃機関の燃焼により排出される有害ガス成分に対する規制が厳しくなっている。そこで、この燃焼によって排出される有害ガス成分を低減する技術が広く研究されている。この有害成分が、特に問題になるのは内燃機関の冷始動時のような触媒コンバータが不活性状態であるときである。たとえば、触媒コンバータとして広く知られている三元触媒は、活性状態において、空燃比が理論空燃比のときに最も浄化率が高くなることが知られている。しかしながら、上述のように冷始動時には、触媒コンバータが活性していないために、燃焼によって発生する有害ガス成分が浄化されずに大気に放出される。これによってエミッションが悪化してしまう。

他方、近年、出力向上、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、吸気バルブや排気バルブのバルブタイミングを可変する可変バルブタイミング装置を搭載したものが増加している。

例えば、特許文献１の内燃機関のバルブタイミング制御装置では、エンジンの始動開始時に、排気バルブの閉じ時期を上死点ＴＤＣより進角側に設定し、クエンチＨＣとウエット燃料を多く含んだ燃焼ガスを燃焼室内に閉じこめ、始動時のＨＣを低減する技術が開示されている。

特開２００３−１２０３４８号公報

しかしながら、特許文献１のように、排気バルブの閉じ時期を上死点より進角側に設定した場合には、ポート付着燃料が相対的に多い場合には、実際に気筒内に吸入される気化燃料の量が増加して燃焼が安定化するが、ポート付着燃料が相対的に少ない場合には、残留ガスが増大し、燃焼が不安定になるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ポート噴射方式の内燃機関において、機関始動後のファーストアイドル時に、燃料性状に拘わらず燃焼を安定化させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決して、本発明の目的を達成するために、本発明は、内燃機関に配設される排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能な可変バルブ制御手段と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御する回転数制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、機関始動後のファーストアイドル時には、前記可変バルブ制御手段は、前記排気弁の閉じ時期を排気上死点より前の進角側に初期設定すると共に、前記回転数制御手段は、前記機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御し、前記可変バルブ制御手段は、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整することを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記可変バルブ制御手段は、前記内燃機関の始動から一定時間を経過した後に、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記回転数制御手段は、機関回転数を目標回転数に収束させるように点火時期をフィードバック制御し、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である前記点火時期の遅角量が所定量以上の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記点火時期の遅角量が所定量未満の場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記回転数制御手段は、機関回転数を目標回転数に収束させるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量をフィードバック制御し、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である燃料噴射量が所定量以下の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記燃料噴射量が所定量より大きい場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することが望ましい。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記回転数制御手段は、機関回転数を目標回転数に収束させるように、前記内燃機関への吸入空気量をフィードバック制御し、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である吸入空気量が所定量以下の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記吸入空気量が所定量より大きい場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することが望ましい。

本発明によれば、内燃機関に配設される排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能な可変バルブ制御手段と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御する回転数制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の始動後のファーストアイドル時には、前記可変バルブ制御手段は、前記排気弁の閉じ時期を排気上死点より前の進角側に初期設定すると共に、前記回転数制御手段は、前記機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御し、前記可変バルブ制御手段は、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整することとしたので、ポート噴射方式の内燃機関において、機関始動後のファーストアイドル時に、燃料性状に拘わらず燃焼を安定化させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することが可能となるという効果を奏する。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を適用したエンジンを表す概略構成図である。エンジン１０は、燃料噴射弁４１が吸気通路内に燃料（ガソリン）を噴射する、いわゆるポート噴射式多気筒のガソリン機関であり、気筒内に形成される混合気に点火プラグ４５により点火を行う火花点火機関である。エンジン１０は、原動機として車両（図示せず）に搭載されるものであり、各種センサ類からの信号を受けて内燃機関１０を制御する制御手段として、電子制御装置５１（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。以下、エンジン１０の構成について説明する。なお、エンジン１０については、エンジン１０が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。

図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１０は、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１におけるシリンダボア１３の壁面とシリンダヘッド１２の下面とピストン１４の頂面により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向（図１にて上方）に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

なお、図示しないが、クランクシャフト１６に固結されたクランクシャフトスプロケットと、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４にそれぞれ固結された各カムシャフトシャフトスプロケットとは、無端のタイミングチェーンが掛け回されており、クランクシャフト１６と吸気カムシャフト２３と排気カムシャフト２４が連動可能となっている。

従って、クランクシャフト１６に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６が吸気弁２１及び排気弁２２を所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。この場合、この吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４は、クランクシャフト１６が２回転（７２０度）する間に１回転（３６０度）するように設定されている。そのため、エンジン１０は、クランクシャフト１６が２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が１回転することとなる。

また、このエンジン１０の動弁機構は、運転状態に応じて吸気弁２１及び排気弁２２を最適な開閉タイミングに制御する吸気・排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２７，２８となっている。この吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４の軸端部にＶＶＴコントローラ２９，３０が設けられて構成され、オイルコントロールバルブ３１，３２からの油圧をこのＶＶＴコントローラ２９，３０の図示しない進角室及び遅角室に作用させることによりカムスプロケットに対するカムシャフト２３，２４の位相を変更し、吸気弁２１及び排気弁２２の開閉時期を進角または遅角することができるものである。この場合、吸気・排気可変動弁機構２７，２８は、吸気弁２１及び排気弁２２の作用角（開放期間）を一定としてその開閉時期を進角または遅角する。また、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４には、その回転位相を検出するカムポジションセンサ３３，３４が設けられている。

吸気ポート１９には、吸気マニホールド３５を介してサージタンク３６が連結され、このサージタンク３６に吸気管３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にはエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットル弁３９を有する電子スロットル装置４０が設けられている。

また、内燃機関１０には、気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置として、気筒ごとに燃料噴射弁４１が設けられている。詳細には、燃料噴射弁４１は、吸気マニホールド３５に固定されており、不図示の燃料レールから所定の燃圧で燃料の供給を受けて、吸気ポート１９及び吸気弁２１に向けて燃料を噴射する。このように燃料噴射弁４１は吸気通路内に燃料を噴射する。燃料噴射弁４１の燃料噴射期間及び燃料噴射量は、ＥＣＵ５１により制御される。

燃料噴射弁４１から噴射された燃料は、大部分が吸気ポート１９の内壁や吸気弁２１に付着する。吸気ポート１９等に付着した燃料は、吸気弁２１の開弁期間に、吸入空気と共に吸気ポート１９から気筒内に流入する。気筒内には、流入した燃料と空気が混合されて略均質な混合気が形成されることとなる。さらに、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ４５が装着されている。

一方、排気ポート２０には、排気マニホールド４６を介して排気管４７が連結されており、この排気管４７には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する三元触媒４８，４９が装着されている。また、エンジン１０には、クランキングを行うスタータモータ５０が設けられており、エンジン始動時に図示しないピニオンギヤがリングギヤと噛み合った後、回転力がピニオンギヤからリングギヤへと伝わり、クランクシャフト１６を回転することができる。

ところで、車両には、エンジン１０の各部を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、ＣＰＵ（中央処理ユニット）、メモリ、入出力インターフェイス等で構成されている。

吸気管３７の上流側にはエアフローセンサ５２及び吸気温センサ５３が装着され、また、サージタンク３６には吸気圧センサ５４が設けられており、計測した吸入空気量、吸気温度、吸気圧（吸気管負圧）をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置４０にはスロットルポジションセンサ５５が装着されており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力しており、アクセルポジションセンサ５６は、現在のアクセル開度をＥＣＵ５１に出力している。

更に、回転速度検出手段としてのクランク角センサ５７は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１６の回転速度に対応し、このクランクシャフト１６の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１６の回転数、すなわち、エンジン１０のエンジン回転数も高くなる。

また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ５８が設けられており、検出したエンジン冷却水温をＥＣＵ５１に出力している。更に、シリンダヘッド１２には燃焼室１８内の圧力、つまり、筒内圧力を検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ５９が設けられており、検出した筒内圧力をＥＣＵ５１に出力している。一方、排気管４７には、三元触媒４８の上流側及び下流側に位置して排気ガスの酸素濃度を検出する酸素センサ６１，６２が設けられており、検出した酸素濃度をＥＣＵ５１に出力している。

ＥＣＵ５１は、検出した吸入空気量、吸気温度、吸気圧、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数、エンジン冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料噴射時間）、噴射時期、点火時期などを決定し、燃料噴射弁４１及び点火プラグ４５を駆動して燃料噴射及び点火を実行する。また、ＥＣＵ５１は、検出した排気ガスの酸素濃度をフィードバックして空燃比がストイキ（理論空燃比）となるように燃料噴射量を補正している。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン運転状態に基づいて吸気・排気可変動弁機構２７，２８を制御可能となっている。即ち、低温時や軽負荷時には、排気弁２２の閉止時期と吸気弁２１の開放時期のオーバーラップをなくすことで、排気ガスが吸気ポート１９および燃焼室１８に吹き返す量を少なくし、燃焼安定及び燃費向上を可能とする。また、中負荷時には、このオーバーラップを大きくすることで、内部ＥＧＲ率を高めて排ガス浄化効率を向上させると共に、ポンピングロスを低減して燃費向上を可能とする。また、高負荷低中回転時には、吸気弁２１の閉止時期を進角することで、吸気が吸気ポート１９に吹き返す量を少なくし、体積効率を向上させる。そして、高負荷高回転時には、吸気弁２１の閉止時期を回転数にあわせて遅角することで、吸入空気の慣性力に合わせたタイミングとし、体積効率を向上させる。さらに、始動後のファーストアイドル時（機関冷間始動時）には、オーバーラップをなくし、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣより前の進角側に初期設定すると共に、エンジン回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御し、フィードバック制御の制御量（例えば、点火遅角量）に基づいて、排気弁２２の閉じ時期を調整することで、燃料性状に拘わらず燃焼を安定化させる。

次に、図２〜図５を参照して、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御を詳細に説明する。図２は、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャート、図３は、エンジン１０の始動後のファーストアイドル時の吸気弁および排気弁の初期の開閉タイミングを示す図、図４は、エンジン１０の始動後のファーストアイドル時の吸気行程と排気行程の初期動作を説明するための模式図である。

図２において、まず、ＥＣＵ５１は、イグニッションキーがＯＮされると、経過時間Ｔのカウントを開始し（ステップＳ１）、図３に示すように、吸気弁２１の開時期を遅角側たるＴＤＣの直前に、排気弁２２の閉時期をＴＤＣよりも前の進角側に、バルブタイミングを設定するとともに、燃料噴射弁４１の燃料噴射時期を、吸気弁２１の閉弁及び排気弁２２の開弁時のタイミングに初期設定して、回転数Ｆ／Ｂ制御（点火時期Ｆ／Ｂ制御）の実行を開始する（ステップＳ２）。

これにより、エンジン１０の始動後の初期状態では、図４に示すように、排気行程では、（１）吸気弁２１の閉弁及び排気弁２２の開弁時に、燃料噴射弁４１から燃料が噴射される。この後、（２）排気弁２２がＴＤＣ前に閉じ、ＴＤＣ付近で再圧縮が行われ、ピストン１４の上昇により燃焼室１８の容積が小さくなって、筒内圧が大きくなる。吸気工程では、（３）この状態で、吸気弁２１が開弁すると、燃焼室１８内の残留ガスが吸気ポート１９に吹き出され（バックブロー）、吸気ポート１９に付着した燃料の微粒化が促進され、（４）ピストン２１の下降による負圧により、微粒化した燃料が空気と共に燃焼室１８内に吸気され、燃料と新気との混合が促進される。これにより、燃料気化特性が良好となり、エンジン始動時に必要な燃料を削減することができ、燃費の向上が図られると共に、未燃燃料がそのまま排出されることが抑制され、ＨＣの排出を抑制することができる。

また、点火時期Ｆ／Ｂ制御では、点火時期は、デフォルトでは進角側に設定されており、目標回転数Ｎｔからエンジン回転数Ｎｅを減算して回転数偏差ΔＮを算出し、算出した回転数偏差ΔＮに基づいて点火時期Ｆ／Ｂ量が算出され、その点火時期Ｆ／Ｂ量に基づいて点火時期が制御される。この点火時期Ｆ／Ｂ制御により、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｔに次第に収束する。点火時期Ｆ／Ｂ制御では、例えば、燃料性状が重質燃料である場合には、燃焼を促進するために、点火時期が進角側に設定され、通常燃料である場合には、燃焼を安定させるために、点火時期が遅角側に設定される。

つぎに、ＥＣＵ５１は、経過時間のカウント値Ｔ≧所定時間Ｔ１であるか否かを判定し（ステップＳ３）、経過時間のカウント値Ｔ≧所定時間Ｔ１となった場合には（ステップＳ３の「Ｙｅｓ」）、点火時期遅角量≧所定量Ａであるか否かを判断する（ステップＳ４）。

他方、ＥＣＵ５１は、点火時期遅角量≧所定量Ａでない場合には（ステップＳ４の「Ｎｏ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＦＦに設定して、排気弁の閉じ時期の遅角を禁止する（ステップＳ５）。ＥＣＵ５１は、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＦＦに設定されると、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉時期をＴＤＣよりも前の進角側を維持する。このように、吸気ポート１９に付着した燃料が多く、点火進角により燃焼を安定させている場合は、排気弁２２の早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用する。

ＥＣＵ５１は、点火時期遅角量≧所定量Ａである場合には（ステップＳ４の「Ｙｅｓ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＮに設定して、排気弁２２の閉じ時期の遅角を許可する（ステップＳ６）。ＥＣＵ５１は、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＮに設定されると、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を遅角側のＴＤＣ付近に変更する。このように、吸気ポート１９に付着した燃料が相対的に少なく、点火時期を遅角して、触媒急速暖気を図る場合、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、残留ガスを軽減させて燃焼をより安定化させることができる。

ここで、上述したエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化を、図５のタイムチャートに基づいて説明する。同図は、通常燃料と重質燃料の場合の各種操作量の比較結果の一例を示しており、同図において、（ａ）はエンジン回転速度Ｎｅ、（ｂ）は点火プラグ４５の点火時期、（ｃ）は排気弁２２の閉じタイミングを示し、実線は通常燃料、波線は重質燃料を示している。

図５において、（ａ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが早く、（ｂ）に示すように、点火時期が徐々に遅角される。他方、重質燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが遅く、点火時期の進角が維持される。

エンジン始動から所定時間Ｔ１が経過すると、点火時期遅角量≧所定量Ａであるか否かが判断され、（ｂ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の点火時期遅角量≧所定量Ａであるので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＮに設定され、（ｃ）に示すように、排気弁２２の閉じ時期を遅角側のＴＤＣ付近に変更される。このように、通常燃料を使用している場合には、吸気ポート１９に付着する燃料が相対的に少なく点火時期を遅角している場合は、排気弁閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、燃焼をより安定化させる。他方、重質燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の点火時期遅角量≧所定量Ａでないので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＦＦに設定され、（ｃ）に示すように、排気弁２２の閉時期をＴＤＣよりも前の進角側を維持する。このように、重質燃料を使用した場合のように、吸気ポート１９に付着した燃料が多く点火進角により燃焼を安定させている場合は、排気弁早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を利用する。

以上説明したように、実施例１によれば、ＥＣＵ５１は、エンジン１０の始動後のファーストアイドル時には、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣより前の進角側に初期設定すると共に、エンジン回転数を目標回転数に収束させるように、点火時期をフィードバック制御し、さらに、点火時期の遅角量が所定量以上の場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を遅角側に変更し、点火時期の遅角量が所定量未満の場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁の閉じ時期を進角側で維持することとしたので、重質燃料を使用した場合のように吸気ポート付着燃料が多く、点火時期フィードバック制御により点火進角により燃焼を安定させている場合は、排気弁２２の早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用し、また、通常燃料時のように、ファーストアイドル時のポート付着燃料が相対的に少なく、点火時期フィードバック制御により点火時期を遅角して、触媒急速暖気を図る場合、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで残留ガスを軽減し、燃焼をより安定化させることができ、燃料性状によらずに燃焼（エンジン回転数）を安定化させることができる。

また、ＥＣＵ５１は、エンジン１０の始動からの時間をカウントし、エンジン１０の始動から一定時間Ｔ１を経過した後に、点火時期の遅角量が所定量Ａ以上か否かを判断し、点火時期の遅角量が所定量Ａ以上の場合には、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を遅角側に変更し、点火時期の遅角量が所定量未満の場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を進角側で維持することとしたので、点火の大幅遅角実行条件が成立する場合でも、ポート付着燃料の多い始動直後（例Ｔ１＝２〜３秒まで）は、排気弁２２の早閉じの燃料微粒化効果を期待でき、また、ＶＶＴコントローラ３０の冷却始動直後の油圧が不足していることを補うことが可能となる。

図６および図７を参照して、実施例２に係るエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御について説明する。実施例１は、エンジン始動後のファーストアイドル時にエンジン回転数を目標回転数に収束させるように点火時期をフィードバック制御するものである。これに対して、実施例２は、エンジン始動後のファーストアイドル時にエンジン回転数を目標回転数に収束させるように、燃料噴射量をフィードバック制御するものである。

図６は、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャートである。図６において、図２と同一の処理を行うステップには同一符号を付しており、共通する部分の説明は省略し、異なる処理についてのみ説明する。

図６において、ステップＳ１２では、回転数Ｆ／Ｂ制御（燃料噴射量Ｆ／Ｂ制御）の実行を開始する。燃料噴射量Ｆ／Ｂ制御では、燃料噴射量は、デフォルトでは大側に設定されており、目標回転数Ｎｔからエンジン回転数Ｎｅを減算して回転数偏差ΔＮを算出し、算出した回転数偏差ΔＮに基づいて燃料噴射量Ｆ／Ｂ量が算出され、その燃料噴射量Ｆ／Ｂ量に基づいて燃料噴射量が制御される。この燃料噴射量Ｆ／Ｂ制御により、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｔに次第に収束する。燃料噴射量Ｆ／Ｂ制御では、例えば、燃料性状が重質燃料である場合には、燃焼を促進するために、燃料噴射量が大側に設定され、通常燃料である場合には、燃焼を安定させるために、燃料噴射量が小側に設定される。

ステップＳ１４では、燃料噴射量≦所定量Ｂであるか否かを判断する。燃料噴射量≦所定量Ｂでない場合には（ステップＳ１４の「Ｎｏ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＦＦに設定して、排気弁２２の閉じ時期の遅角を禁止する一方（ステップＳ５）、燃料噴射量≦所定量Ｂである場合には（ステップＳ１４の「Ｙｅｓ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＮに設定して、排気弁２２の閉じ時期の遅角を許可する（ステップＳ６）。

実施例２に係るエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化を、図７のタイムチャートに基づいて説明する。同図において、（ａ）はエンジン回転速度Ｎｅ、（ｂ）は燃料噴射弁４１の燃料噴射量、（ｃ）は排気弁２２の閉じタイミングを示しており、また、実線は通常燃料、波線は重質燃料を示している。

同図において、（ａ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが早く、（ｂ）に示すように、燃料噴射量が徐々に減少する。他方、重質燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが遅く、燃料噴射量が大側で維持される。

エンジン始動から所定時間Ｔ１が経過すると、燃料噴射量≦所定量Ｂであるか否かが判断され、（ｂ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の燃料噴射量≦所定量Ｂであるので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＮに設定され、排気弁２２の閉じ時期を遅角側の上死点ＴＤＣ付近に変更される。これにより、通常燃料時のように、ファストアイドル時のポート付着燃料が相対的に少なく燃料噴射量を減らして触媒急速暖気を図る場合、排気弁閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、燃料をより安定化させる。他方、重質燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の燃料噴射量＜所定量Ｂでないので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＦＦに設定され、排気弁２２の閉時期をＴＤＣよりも前の進角側を維持する。これにより、重質燃料のように、吸気ポートに付着した燃料が多く、燃料噴射量を大として燃焼を安定させている場合は、排気弁２２早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用する。

以上説明したように、実施例２によれば、ＥＣＵ５１は、エンジン１０の始動後のアイドル時には、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を排気上死点より前の進角側に初期設定すると共に、エンジン回転数を目標回転数に収束させるように、燃料噴射量をフィードバック制御し、さらに、エンジン１０の始動後一定時間Ｔ１経過後に、燃料噴射量が所定量Ｂ以下の場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を遅角側に変更し、燃料噴射量が所定量Ｂより大きい場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を進角側で維持することとしたので、重質燃料を使用した場合のように吸気ポート付着燃料が多く、燃料噴射量フィードバック制御により、噴射量を大側にして燃焼を安定させている場合は、排気弁２２の早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用し、また、通常燃料を使用した場合のように、ファーストアイドル時のポート付着燃料が相対的に少なく、燃料噴射量フィードバック制御により燃料噴射量を減少させて、触媒急速暖気を図る場合、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、燃焼をより安定化させることができ、燃料性状によらずに燃焼（エンジン回転数）を安定化させることができる。

図８および図９を参照して、実施例３に係るエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御について説明する。実施例２では、エンジン始動後のファーストアイドル時に機関回転数を目標回転数に収束させるように燃料噴射量をフィードバック制御するのに対して、実施例３は、エンジン始動後のファーストアイドル時に機関回転数を目標回転数に収束させるように、吸入空気量をフィードバック制御するものである。

図８は、上記ＥＣＵ５１によるエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャートである。図８において、図２と同一の処理を行うステップには同一符号を付しており、共通する部分の説明は省略し、異なる処理についてのみ説明する。

図８において、ステップＳ２２では、回転数Ｆ／Ｂ制御（吸入空気量Ｆ／Ｂ制御）の実行を開始する。吸入空気量Ｆ／Ｂ制御では、吸入空気量は、デフォルトでは大側に設定されており、目標回転数Ｎｔからエンジン回転数Ｎｅを減算して回転数偏差ΔＮを算出し、算出した回転数偏差ΔＮに基づいて吸入空気量Ｆ／Ｂ量が算出され、その吸入空気量Ｆ／Ｂ量に基づいて吸入空気量が制御される。この吸入空気量Ｆ／Ｂ制御により、エンジン回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｔに次第に収束する。吸入空気量Ｆ／Ｂ制御では、例えば、燃料性状が重質燃料である場合には、燃焼を促進するために、吸入空気量が大側に設定され、通常燃料である場合には、燃焼を安定させるために、吸入空気量が小側に設定される。

ステップＳ２４では、吸入空気量≦所定量Ｃであるか否かを判断する。吸入空気量≦所定量Ｃでない場合には（ステップＳ２４の「Ｎｏ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＦＦに設定して、排気弁２２の閉じ時期の遅角を禁止する一方（ステップＳ５）、吸入空気量≦所定量Ｃである場合には（ステップＳ２４の「Ｙｅｓ」）、排気弁閉じ遅角許可フラグをＯＮに設定して、排気弁２２の閉じ時期の遅角を許可する（ステップＳ６）。

実施例３に係るエンジン１０の始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化の一例を、図９のタイムチャートに基づいて説明する。同図において、（ａ）はエンジン回転速度Ｎｅ、（ｂ）は吸入空気量、（ｃ）は排気弁２２の閉タイミングを示しており、また、実線は通常燃料、波線は重質燃料を示している。

同図において、（ａ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが早く、（ｂ）に示すように、吸入空気量が徐々に減少する。他方、重質燃料の場合は、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がりが遅く、吸入空気量大が維持される。

エンジン始動から所定時間Ｔ１が経過すると、吸入空気量≦所定量Ｃであるか否かが判断され、（ｂ）に示すように、通常燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の吸入空気量≦所定量Ｃであるので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＮに設定され、排気弁２２の閉じ時期を遅角側のＴＤＣ付近に変更される。これにより、通常燃料時のように、ファーストアイドル時のポート付着燃料が相対的に少なく吸入空気量を減らして触媒急速暖気を図る場合、排気弁閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、燃焼をより安定化させる。他方、重質燃料の場合は、エンジン始動から所定時間Ｔ１の経過後の吸入空気量≦所定量Ｃでないので、排気弁閉じ遅角許可フラグがＯＦＦに設定され、排気弁２２の閉時期をＴＤＣよりも前の進角側を維持する。これにより、重質燃料のように、吸気ポート１９に付着した燃料が多く、吸入空気量を大として燃焼を安定させている場合は、排気弁２２の早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用する。

以上説明したように、実施例１によれば、ＥＣＵ５１は、エンジン１０の始動後のアイドル時には、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を排気上死点より前の進角側に初期設定すると共に、エンジン回転数を目標回転数に収束させるように、吸入空気量をフィードバック制御し、さらに、エンジン１０の始動後一定時間Ｔ１経過に、燃料噴射量が所定量Ｂ以下の場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を遅角側に変更し、燃料噴射量が所定量Ｂより大きい場合は、排気可変動弁機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing-intelligent）２８を制御して、排気弁２２の閉じ時期を進角側で維持することとしたので、重質燃料を使用した場合のように吸気ポート付着燃料が多く、燃料噴射量フィードバック制御により、吸入空気量を大側にして燃焼を安定させている場合は、排気弁２２の早閉じによるポート付着燃料の微粒化効果を最大限に活用し、また、通常燃料を使用した場合のように、ファーストアイドル時のポート付着燃料が相対的に少なく、吸入空気量フィードバック制御により燃料噴射量を減少させて、触媒急速暖気を図る場合、排気弁２２の閉じ時期をＴＤＣ付近に戻すことで、燃焼をより安定化させることができ、燃料性状によらずに燃焼（エンジン回転数）を安定化させることができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、ポート噴射式の内燃機関に広く利用可能である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の制御装置を適用したエンジンを表す概略構成図である。 ＥＣＵによるエンジン始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャートである。 エンジン始動後のファーストアイドル時の吸気弁および排気弁の初期の開閉タイミングの一例を示す図である。 エンジン始動後のファーストアイドル時の吸気行程と排気行程の初期動作を説明するための模式図である。 エンジン始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化の一例を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施例２において、ＥＣＵによるエンジン始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２において、エンジン始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化の一例を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施例３において、ＥＣＵによるエンジン始動後のファーストアイドル時の制御を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例２において、エンジン始動後のファーストアイドル時の制御における各種操作量の変化の一例を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１０ エンジン（内燃機関）
１４ ピストン
１６ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 排気ポート
２１ 吸気弁
２２ 排気弁
２３ 吸気カムシャフト
２４ 排気カムシャフト
２５ 吸気カム
２６ 排気カム
２７ 吸気可変動弁機構
２８ 排気可変動弁機構
２９，３０ ＶＶＴコントローラ
４１ 燃料噴射弁
４５ 点火プラグ
５１ ＥＣＵ
５７ クランク角センサ
５９ 筒内圧センサ

Claims (3)

1. 内燃機関に配設される排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能な可変バルブ制御手段と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御する回転数制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関始動後のファーストアイドル時には、
   前記可変バルブ制御手段は、前記排気弁の閉じ時期を上死点より前の進角側に初期設定すると共に、
   前記回転数制御手段は、前記機関回転数を目標回転数に収束させるように点火時期をフィードバック制御し、
   前記可変バルブ制御手段は、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整し、
   前記内燃機関の始動から一定時間を経過した後には、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である前記点火時期の遅角量が所定量以上の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記点火時期の遅角量が所定量未満の場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関に配設される排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能な可変バルブ制御手段と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御する回転数制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関始動後のファーストアイドル時には、
   前記可変バルブ制御手段は、前記排気弁の閉じ時期を上死点より前の進角側に初期設定すると共に、
   前記回転数制御手段は、前記機関回転数を目標回転数に収束させるように、前記燃料噴射弁の燃料噴射量をフィードバック制御し、
   前記可変バルブ制御手段は、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整し、
   前記内燃機関の始動から一定時間を経過した後には、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である前記燃料噴射量が所定量以下の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記燃料噴射量が所定量より大きい場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関に配設される排気弁の少なくとも閉じ時期を変更可能な可変バルブ制御手段と、前記内燃機関の吸気通路内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、機関回転数を目標回転数に収束させるようにフィードバック制御する回転数制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
   機関始動後のファーストアイドル時には、
   前記可変バルブ制御手段は、前記排気弁の閉じ時期を上死点より前の進角側に初期設定すると共に、
   前記回転数制御手段は、前記機関回転数を目標回転数に収束させるように、前記内燃機関への吸入空気量をフィードバック制御し、
   前記可変バルブ制御手段は、前記回転数制御手段の制御量に基づいて、前記排気弁の閉じ時期を調整し、
   前記内燃機関の始動から一定時間を経過した後には、前記可変バルブ制御手段は、前記制御量である吸入空気量が所定量以下の場合は、前記排気弁の閉じ時期を遅角側に変更し、前記吸入空気量が所定量より大きい場合は、前記排気弁の閉じ時期を前記進角側で維持することを特徴とする内燃機関の制御装置。
   

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