JP2009019611A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関し、バルブオーバーラップ期間の調整が可能な過給機付き内燃機関において、バルブオーバーラップ期間が存在する状態からの減速時において、吸気の吹き抜けに伴う排気エミッションの悪化や触媒の劣化を良好に防止することを目的とする。
【解決手段】ターボ過給機２０を備える。バルブオーバーラップ期間を調整可能とする可変動弁機構７０、７２を備える。過給状態からの減速時にバルブオーバーラップ量を減少する際に、上流触媒５８の下流に配置された酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示す場合には、吸気ＶＶＴ進角量をその目標値に達するまで制御した後に、排気ＶＶＴ遅角量をその目標値に達するまで制御する。一方、酸素センサ６４の信号がリーン出力を示す場合には、排気ＶＶＴ遅角量をその目標値に達するまで制御した後に、吸気ＶＶＴ進角量をその目標値に達するまで制御する。
【選択図】図３

Description

この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、可変動弁装置を備える過給機付き内燃機関が開示されている。この従来の内燃機関では、加速時においては、排気バルブの開き時期を進角させてから吸気バルブの開閉時期を制御して、バルブオーバーラップ期間を減少させることによって、過給機の応答性を高めている。

特開２００３−３８７１号公報 特開平１０−３１８００１号公報 特開平２−１１９６４１号公報

ところで、過給機付き内燃機関において、過給が行われることで吸気通路内の圧力が排気通路内の圧力よりも高い状態で減速要求が出される際、バルブオーバーラップ期間が設けられていると、吸気通路から排気通路への吸気の吹き抜けが生ずることがある。そのような吸気の吹き抜け量が多くなることで触媒に多量の酸素が供給されるようになると、排気エミッションの悪化や触媒の劣化が懸念される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、バルブオーバーラップ期間の調整が可能な過給機付き内燃機関において、バルブオーバーラップ期間が存在する状態からの減速時において、吸気の吹き抜けに伴う排気エミッションの悪化や触媒の劣化を良好に防止し得る過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、吸入空気を過給する過給機と、
吸気弁の少なくとも開き時期を可変とする吸気可変動弁機構と、
排気弁の少なくとも閉じ時期を可変とする排気可変動弁機構と、
吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御することで、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を調整するオーバーラップ期間制御手段と、
排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の内部状態に関する情報を取得する触媒情報取得手段とを備え、
前記オーバーラップ期間制御手段は、バルブオーバーラップ期間が存在する状態から減速する際に当該バルブオーバーラップ期間を変更するときは、前記触媒の内部状態に応じて、吸気弁の開き時期の制御と排気弁の閉じ時期の制御の動作順序を変更し或いは当該吸気弁の開き時期の制御と当該排気弁の閉じ時期の制御の制御速度を異ならせることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記オーバーラップ期間制御手段は、過給圧が正圧の所定値以上である状態であって、バルブオーバーラップ期間が存在する前記状態から減速するときに、前記動作順序を変更し或いは前記制御速度を異ならせることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記触媒情報取得手段は、前記触媒の内部の酸素濃度情報を取得する手段であって、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の内部の酸素濃度が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１または第２の発明において、前記触媒情報取得手段は、前記触媒の内部の酸素濃度情報を取得する手段であって、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の内部の酸素濃度が所定値未満である場合には、吸気弁の開き時期を先に減速後の目標値にまで遅角させた後に、排気弁の閉じ時期を減速後の目標値にまで進角させることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、前記酸素濃度取得手段は、前記触媒の下流側の排気通路に配置された酸素濃度センサであることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１または第２の発明において、前記触媒情報取得手段は、前記触媒の温度情報を取得する手段であって、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１または第２の発明において、前記触媒情報取得手段は、前記触媒の酸素吸蔵量情報を取得する手段であって、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の酸素吸蔵量が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１または第２の発明において、前記触媒情報取得手段は、前記触媒の酸素吸蔵量情報を取得する手段であって、
前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の酸素吸蔵量が所定値未満である場合には、吸気弁の開き時期を先に減速後の目標値にまで遅角させた後に、排気弁の閉じ時期を減速後の目標値にまで進角させることを特徴とする。

第１の発明によれば、減速過程中のバルブオーバーラップ期間を、触媒の内部状態に応じて、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせたり、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせたりすることが可能となる。排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることとすれば、排気側への吸気の吹き抜けを生じにくくすることができ、また、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることとすれば、排気側への吸気の吹き抜けを生じ安くすることができる。このため、本発明によれば、バルブオーバーラップ期間が存在する状態からの減速時において、吸気の吹き抜けに伴う排気エミッションの悪化や触媒の劣化を良好に防止することが可能となる。

第２の発明によれば、過給圧が正圧の所定値以上となっていることで、排気側への吸気の吹き抜けが発生する状況下において、バルブオーバーラップ期間が存在する状態からの減速時に、吸気の吹き抜けに伴う排気エミッションの悪化や触媒の劣化を良好に防止することが可能となる。

第３の発明によれば、触媒の内部の酸素濃度が所定値以上となっている状況下での減速時において、吸気通路内の圧力が高くなっている減速初期に、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることにより、排気側への吸気の吹き抜けが生じにくい状況を作り出すことができる。このため、触媒への酸素の供給を制限できるようになり、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に減少させることが可能となる。これにより、排気エミッションの悪化を良好に防止することができる。

第４の発明によれば、触媒の内部の酸素濃度が所定値未満となっている状況下での減速時において、吸気通路内の圧力が高くなっている減速初期に、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることにより、排気側への吸気の吹き抜けが生じ易い状況を作り出すことができる。このため、触媒に十分な酸素を供給できるようになり、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に高めることが可能となる。これにより、排気エミッションの悪化を良好に防止することができる。

第５の発明によれば、酸素濃度センサの信号に基づく触媒の内部の酸素濃度情報に応じて、減速時に排気側への吸気の吹き抜けを良好に制御することができ、これにより、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切に管理することが可能となる。

第６の発明によれば、触媒の温度が所定値以上となっている状況下での減速時において、吸気通路内の圧力が高くなっている減速初期に、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることにより、排気側への吸気の吹き抜けが生じにくい状況を作り出すことができる。このため、高温状態にある触媒が多量の酸素に晒されるのを良好に抑制することが可能となる。これにより、過給状態からの減速時において、触媒が劣化するのを良好に防止することが可能となる。

第７の発明によれば、触媒の酸素吸蔵量が所定値以上となっている状況下での減速時において、吸気通路内の圧力が高くなっている減速初期に、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることにより、排気側への吸気の吹き抜けが生じにくい状況を作り出すことができる。このため、触媒への酸素の供給を制限できるようになり、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に減少させることが可能となる。これにより、排気エミッションの悪化を良好に防止することができる。

第８の発明によれば、触媒の酸素吸蔵量が所定値未満となっている状況下での減速時において、吸気通路内の圧力が高くなっている減速初期に、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けを持たせることにより、排気側への吸気の吹き抜けが生じ易い状況を作り出すことができる。このため、触媒に十分な酸素を供給できるようになり、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に高めることが可能となる。これにより、排気エミッションの悪化を良好に防止することができる。

実施の形態１．
[システム構成の説明]
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、複数の気筒を有する多気筒式の機関であり、図１は、そのうちの一気筒の断面を示している。

内燃機関１０の吸気系は、吸気通路１２を備えている。空気は大気中から吸気通路１２に取り込まれ、各気筒の燃焼室１４に分配される。吸気通路１２の入口には、エアクリーナ１６が取り付けられている。エアクリーナ１６の下流近傍には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。

エアフローメータ１８の下流には、電動モータ付きのターボ過給機２０が設けられている。ターボ過給機２０は、コンプレッサ２０ａ、タービン２０ｂ、そして、コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂとの間に配置される電動モータ２２から構成されている。コンプレッサ２０ａとタービン２０ｂとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ２０ａはタービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。連結軸は電動モータ２２のロータにもなっており、電動モータ２２を作動させることで、コンプレッサ２０ａを強制駆動することもできる。

コンプレッサ２０ａの下流には、圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４の下流には、スロットルバルブ２６が配置されている。スロットルバルブ２６は、アクセル開度に基づいてスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２６の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するためのスロットルポジションセンサ２８が配置されている。

また、インタークーラ２４からスロットルバルブ２６に至る吸気通路１２の途中には、インタークーラ２４によって冷却された吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ３０が配置されているとともに、コンプレッサ２０ａの下流であってスロットルバルブ２６の上流での吸気通路内圧（過給圧）を検出するための上流側圧力センサ３２とが配置されている。スロットルバルブ２６の下流には、サージタンク３４が設けられている。サージタンク３４には、スロットルバルブ２６の下流での吸気通路内圧（吸気圧）を検出するための下流側圧力センサ３６が配置されている。

また、吸気通路１２の燃焼室１４側の端部となる各気筒の吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するためのポート噴射弁３８が配置されている。ポート噴射弁３８には、燃料タンク４０内から燃料ポンプ４２によって汲み上げられた燃料が供給される。また、内燃機関１０は、燃料を燃焼室１４内に直接噴射するための筒内噴射弁４４を備えている。筒内噴射弁４４には、高圧燃料ポンプ４６によって更に高圧化された燃料が供給される。

また、吸気通路１２は、コンプレッサ２０ａをバイパスするためのバイパス通路４８を備えている。より具体的には、バイパス通路４８は、エアクリーナ１６とインタークーラ２４とを連通するように設けられており、その途中には、当該バイパス通路４８を通る空気量を制御するエアバイパスバルブ５０が配置されている。

内燃機関１０の排気系は、排気通路５２を備えている。排気通路５２には、上述したターボ過給機２０のタービン２０ｂが配置されている。また、排気通路５２には、タービン２０ｂをバイパスしてタービン２０ｂの入口側と出口側とを接続する排気バイパス通路５４が接続されている。排気バイパス通路５４の途中には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）５６が配置されている。

また、タービン２０ｂの下流には、排気ガスを浄化するための上流触媒(ＳＣ)５８および下流触媒(ＵＦ)６０が直列に配置されている。また、上流触媒５８の上流には、その位置で排気空燃比を検出するための空燃比センサ６２が配置されている。更に、上流触媒５８と下流触媒６０との間には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発生する酸素センサ６４が配置されている。

また、図１に示すシステムは、各気筒の吸気弁６６および排気弁６８をそれぞれ駆動するための吸気可変動弁機構７０および排気可変動弁機構７２をそれぞれ備えている。これらの可変動弁機構７０、７２は、吸気弁および排気弁の開閉時期を制御するためのＶＶＴ機構をそれぞれ備えているものとする。このような可変動弁機構７０、７２によれば、吸気弁６６の進角量や排気弁６８の遅角量を適当に制御することによって、所望のバルブオーバーラップ期間を得ることができる。

内燃機関１０の制御系は、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)８０を備えている。ＥＣＵ８０には、上述した各種センサに加え、エンジン回転数を検知するためのクランク角センサ８２や、上述した各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ８０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

［過給状態からの減速時の吸排気弁の制御］
図２は、ピストン８４の運動と吸気の吹き抜け量との関係を説明するための図である。より具体的には、図２（Ａ）は、吸気行程中の動作を示している。吸気行程では、ピストン８４が下降しているので、筒内が負圧源となる。その結果、過給時に加圧された吸気が筒内に入り易くなる。このため、図２（Ａ）に示すように、過給時に吸気行程中にバルブオーバーラップ期間が存在するように吸排気弁６６、６８が制御されている状態では、加圧状態にある吸気が排気側に直接的に抜け易くなる。

一方、図２（Ｂ）は、排気行程中の動作を示している。排気行程では、ピストン８４が上昇しているので、上記吸気行程時と比べて筒内が加圧されるようになる。その結果、過給時に加圧された吸気が筒内に入りにくくなる。このため、図２（Ｂ）に示すように、過給時に排気行程中にバルブオーバーラップ期間が存在するように吸排気弁６６、６８が制御されている状態であっても、加圧状態にある吸気が排気側に直接的に抜けにくくなる。

以上のような理由によって、吸気行程中にバルブオーバーラップ期間が存在している場合には、排気側への吸気の吹き抜けが生じ易く、逆に、排気行程中にバルブオーバーラップ期間が存在している場合には、排気側への吸気の吹き抜けが生じにくくなる。

ところで、上述した吸気の吹き抜け量が多くなることで、触媒５８、６０に対し、これらの触媒５８等が有する酸素吸蔵量ＯＳＣの許容値を超える量の酸素が供給されることになると、ＮＯｘを還元浄化できなくなり、排気エミッションが悪化することが懸念される。一方、触媒５８等への酸素の流入を抑制するためにバルブオーバーラップ期間を運転状態に応じた適切な値よりも少なくし過ぎると、内燃機関１０のトルク低下が大きくなり、内燃機関１０のドライバビリティの悪化が懸念される。

そこで、本実施形態では、バルブオーバーラップ期間が存在する過給状態からの減速時にバルブオーバーラップ期間を減少させる際には、以下の図３乃至図６を参照して説明するように、上流触媒５８の下流に配置された酸素センサ６４の出力信号に応じて（すなわち、上流触媒５８の内部の酸素濃度に応じて）、吸気弁６６の遅角制御と排気弁６８の進角制御の動作順序を変更するようにした。尚、本明細書中においては、過給圧が正圧となっていることで吸気通路１２内の圧力が排気通路５２内の圧力よりも高くなっている状態のことを、「過給状態」と称している。

図３は、排気弁６８の遅角量と吸気弁６６の進角量とを内燃機関１０の軸トルクとの関係で表した図である。図３において、排気弁６８の遅角量（以下、「排気ＶＶＴ遅角量」と称することがある）と吸気弁６６の進角量（以下、「吸気ＶＶＴ進角量」と称することがある）のゼロ点は、ともに吸気上死点を示しているものとする。従って、図３中に表された直線（排気ＶＶＴ遅角＝吸気ＶＶＴ進角の関係となる直線）よりも左側の領域は、排気ＶＶＴ遅角量が吸気ＶＶＴ進角量よりも大きくなる領域であるため、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間が排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間よりも重み付けられた領域であるといえる。また、図３において上記直線よりも右側の領域は、吸気ＶＶＴ進角量が排気ＶＶＴ遅角量よりも大きくなる領域であるため、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間が吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間よりも重み付けられた領域であるといえる。

図３に示すように、バルブオーバーラップ期間は、基本的に、軸トルク（負荷）が大きくなるほど大きくなるように設定される。従って、例えば、図３中に「現在値」と付された点から低負荷（低トルク）側の「目標値」と付された点に運転状態が遷移する場合のように、内燃機関１０に減速要求（トルクを小さくする要求）が出された場合には、減速要求後の運転状態における適切な値となるように、バルブオーバーラップ期間が短くされることになる。

上記のように過給状態からの減速時にバルブオーバーラップ期間を減少させる際に、本実施形態のシステムは、何らの配慮なしにバルブオーバーラップ期間が目標値となるように吸気ＶＶＴ進角量と排気ＶＶＴ遅角量を制御していくのではなく、酸素センサ６４の信号に応じて、吸気ＶＶＴ進角量と排気ＶＶＴ遅角量の制御の動作順序を変更するようにしている。より具体的には、酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示す場合には、図３に示すように、先ず、吸気ＶＶＴ進角量をその目標値に達するまで制御した後に、次いで、排気ＶＶＴ遅角量をその目標値に達するまで制御するようにしている。

図４は、酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示す場合において、過給状態から減速要求が出された際の吸排気弁６６等のバルブタイミングの調整の仕方を説明するための図である。より具体的には、図４（Ａ）は、減速要求が出された時点におけるバルブオーバーラップ期間（図３における現在値に対応）を示している。本実施形態では、この図４（Ａ）に示す時点での酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示す場合、すなわち、上流触媒５８の内部の酸素濃度が低く酸素が不足している状態と判断できる場合には、図４（Ｂ）に示すように、排気ＶＶＴ遅角量はそのままにして、先に吸気ＶＶＴ進角量が減じられる（すなわち、吸気弁６６の開き時期が遅角される）。

そして、吸気ＶＶＴ進角量がその最終的な（減速後の）目標値に達した後に、図４（Ｃ）に示すように、排気ＶＶＴ遅角量を減じる（すなわち、排気弁６８の閉じ時期を進角する）ことによって、減速要求後の運転状態における目標値となるようにバルブオーバーラップ期間が調整される。

図５は、上記図４に示すケースにおける動作を表したタイムチャートである。図５（Ａ）に示すように、過給状態からの減速要求が出されたことで、本実施形態の制御の実行の要否を判定する実行フラグがＯＮとされた場合には、図５（Ｂ）に示すように、バルブオーバーラップ期間が減速要求後の運転状態において適した値となるように減少されていくことになる。この場合、上記図３および図４に示す手法によれば、図５（Ｃ）に示すように、先ず、吸気ＶＶＴ進角量がその目標値に向けて遅角されていくようになる。そして、吸気ＶＶＴ進角量がその目標値に達した後には、図５（Ｄ）に示すように、排気ＶＶＴ遅角量がその目標値に向けて進角されていくようになる。

このような制御によれば、吸気通路１２内の圧力が高い減速初期の段階において、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重みを付けた状態（すなわち、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間を残したままの状態）となるので、図２を参照して上述したように、吸気の吹き抜けが生じ易い状況を作り出すことができ、これにより、上流触媒５８等に十分な酸素を供給できるようになり、上流触媒５８等の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に高めることが可能となる。

一方、酸素センサ６４の信号がリーン出力を示す場合には、図３に示すように、先ず、排気ＶＶＴ遅角量をその目標値に達するまで制御した後に、次いで、吸気ＶＶＴ進角量をその目標値に達するまで制御するようにしている。

図６は、酸素センサ６４の信号がリーン出力を示す場合において、過給状態から減速要求が出された際の吸排気弁６６等のバルブタイミングの調整の仕方を説明するための図である。より具体的には、図６（Ａ）も、減速要求が出された時点におけるバルブオーバーラップ期間（図３における現在値に対応）を示している。本実施形態では、この図６（Ａ）に示す時点での酸素センサ６４の信号がリーン出力を示す場合、すなわち、上流触媒５８の内部の酸素濃度が高く酸素が過剰な状態と判断できる場合には、図６（Ｂ）に示すように、吸気ＶＶＴ進角量はそのままにして、先に排気ＶＶＴ遅角量が減じられる（すなわち、排気弁６８の閉じ時期が進角される）。

そして、排気ＶＶＴ遅角量がその最終的な（減速後の）目標値に達した後に、図６（Ｃ）に示すように、吸気ＶＶＴ進角量を減じる（すなわち、吸気弁６６の開き時期を遅角する）ことによって、減速要求後の運転状態における目標値となるようにバルブオーバーラップ期間が調整される。尚、この図６に示すケースに対応するタイムチャートは、上記図５において、吸気ＶＶＴ進角量と排気ＶＶＴ遅角量の動作順序を逆にしたものが対応することになるので、ここでは、その詳細な説明を省略するものとする。

このような制御によれば、吸気通路１２内の圧力が高い減速初期の段階において、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重みを付けた状態（排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間を残したままの状態）となるので、図２を参照して上述したように、吸気の吹き抜けが生じにくい状況を作り出すことができ、これにより、上流触媒５８等への酸素の供給を制限できるようになり、上流触媒５８等の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に減少させることが可能となる。

以上説明した本実施形態の制御によれば、吸気の吹き抜けが懸念される過給状態からの減速時において、上流触媒５８等の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切に管理して、排気エミッションの悪化や内燃機関１０のドライバビリティの悪化を好適に防止することが可能となる。

次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態１における具体的な処理について説明する。
図７は、上記の機能を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ８０が実行するメインルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中にアクセルペダルが閉じられた（内燃機関１０のトルクを下げる要求が出された）ことが検知されたときに起動されるものとする。すなわち、本ルーチンは、内燃機関１０が過渡運転状態になるときに起動されるようになっている。

図７に示すルーチンでは、先ず、吸気管圧力（下流側圧力センサ３６により検出されるスロットルバルブ２６の下流側の圧力）が所定値より高いか否かが判別される（ステップ１００）。本ステップ１００における所定値は、吸気の吹き抜けが発生する状態にあるか否か、すなわち、吸気通路１２側の圧力が排気通路５２側の圧力よりも高い状態にあるか否かを判断するための値として、予め実験等により求められている値である。

上記ステップ１００において、吸気管圧力が上記所定値よりも高いと判定された場合、すなわち、内燃機関１０に減速要求が出された状況下において吸気の吹き抜けが発生する状態にあると判断できる場合には、次いで、酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示しているか、或いはリーン出力を示しているかが判別される（ステップ１０２）。

その結果、現在の酸素センサ６４の信号がリーン出力を示すものであると判定された場合には、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがされつつ、減速要求後（低負荷遷移後）の目標値となるように、バルブオーバーラップ期間が減少される（ステップ１０４）。

図８は、図７におけるステップ１０４の具体的な処理を示すサブルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、所定の制御周期毎に実行されるものである。
図８に示すルーチンでは、先ず、減速過程中の目標オーバーラップ期間（量）ＯＶ（ｋ）が、前回のルーチン実行時における目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ−１）と、今回のルーチン実行時のオーバーラップ期間の減少量ｄＯＶとの差として算出される（ステップ２００）。より具体的には、減速後の運転状態での最終的な目標オーバーラップ期間は、アクセルペダルの閉じ量と現在のエンジン回転数に基づいて決定されるものである。本ステップ２００では、前回のルーチン実行時の目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ−１）から、別途定められた関係に従って取得された上記減少量ｄＯＶを減じることによって、目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）が上記の最終的な目標オーバーラップ期間に向けて徐々に更新（減少）されていく。

例えば、上記図３に示す一例では、減速要求時点の目標オーバーラップ期間「現在値」は、吸気ＶＶＴ進角量の約２２°ＣＡ分と排気ＶＶＴ遅角量の約２８°ＣＡ分を合わせて約５０°ＣＡとなる。目標オーバーラップ期間は、そのような「現在値」から、減速後の運転状態における最終的な目標オーバーラップ期間である「目標値」（吸気ＶＶＴ進角量の０°ＣＡ分と排気ＶＶＴ遅角量の１０８°ＣＡ分を合わせて１０°ＣＡ）に向けて、所定の制御周期毎に上記減少量ｄＯＶ分だけ減少されていく。

次に、排気ＶＶＴ遅角量の最終目標値が当該排気ＶＶＴ遅角量の過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）より小さいか否か、つまり、この過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達したか否かが判別される（ステップ２０２）。本ステップ２０２でいう排気ＶＶＴ遅角量の最終目標値とは、減速後の運転状態における排気ＶＶＴ遅角量のことであり、上記図３に示す一例であれば１０°ＣＡである。また、本ステップ２０２でいう排気ＶＶＴ遅角量の過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）とは、上記ステップ２００における目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）の減少に伴って、所定の制御周期毎に徐々に変更される排気ＶＶＴ遅角量の目標値のことである。

上記ステップ２０２において、排気ＶＶＴ最終目標値＜排気ＶＶＴ過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が成立すると判定された場合、つまり、未だ過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達していないと判定された場合には、排気ＶＶＴ過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が上記ステップ２００において取得された最新の目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）から吸気ＶＶＴ進角量の現在値ＩＮＶＴ（ｋ）を減じた値として算出される（ステップ２０４）。

この図８に示すルーチンが起動するケースは、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがされるケースであるので、既述したように、本ルーチンの制御開始後の初期段階では、吸気ＶＶＴ進角量はいじらずに排気ＶＶＴ遅角量が調整されることになる。このため、本ステップ２０４の処理によれば、例えば、上記図３に示す例で説明すると、排気ＶＶＴ遅角量の過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が、減速要求時点の値（約２８°ＣＡ）から排気ＶＶＴ遅角量の最終目標値である１０°ＣＡに向けて、上記目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）の変更に伴って徐々に変更されていくことになる。

一方、上記ステップ２０２において、排気ＶＶＴ最終目標値＜排気ＶＶＴ過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が不成立であると判定された場合、つまり、過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達したものと判定された場合には、吸気ＶＶＴ過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が上記ステップ２００において取得された最新の目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）から排気ＶＶＴ進角量の上記最終目標値を減じた値として算出される（ステップ２０６）。

つまり、本ステップ２０６の処理によれば、排気ＶＶＴ遅角量がその最終目標値に達した場合には、バルブオーバーラップ期間を減速後の運転状態における目標オーバーラップ期間とするための吸気弁および排気弁の制御のうちの残された方の制御、すなわち、吸気ＶＶＴの遅角制御が実行されることになる。そして、そのために、本ステップ２０６でいう吸気ＶＶＴ進角量の過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が、上記ステップ２００における目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）の減少に応じて、所定の制御周期毎に徐々に変更されていくことになる。例えば、上記図３に示す一例であれば、吸気ＶＶＴ進角量が約２２°ＣＡから吸気ＶＶＴ進角量の最終目標値である０°ＣＡに向けて、上記目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）の変更に伴って徐々に変更されていくことになる。

図８に示すルーチンでは、上記ステップ２０４或いは２０６が実行された後は、次いで、吸気ＶＶＴ進角量の過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）および排気ＶＶＴ遅角量の過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）がそれぞれの最終目標値と一致しているか否かが判別される（ステップ２０８）。その結果、本判定が不成立である間は、上記ステップ２００〜２０４の処理、或いは上記ステップ２００、２０２、および２０６の処理が繰り返し実行され、一方、本判定が成立した場合には、本ルーチンの一連の処理が終了される。

また、図７に示すルーチンでは、上記ステップ１０２において、現在の酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示すものであると判定された場合には、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがされつつ、減速後（低負荷遷移後）の目標値となるように、バルブオーバーラップ期間が減少される（ステップ１０６）。

図９は、図７におけるステップ１０６の具体的な処理を示すサブルーチンのフローチャートである。尚、図９において、上記図８に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
図９に示すルーチンが起動するケースは、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがされるケースであるので、既述したように、本ルーチンの制御開始後の初期段階では、排気ＶＶＴ遅角量はいじらずに吸気ＶＶＴ進角量が調整されることになる。つまり、本ルーチンの処理は、基本的に、上記図８に示すルーチンの処理に対し、吸気弁６６の制御と排気弁６８の制御を置き換えたものに相当する。このため、図８に示すルーチンで行った説明と同様の説明は、適宜省略または簡略するものとする。

すなわち、本ルーチンでは、目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）が算出された後には（ステップ２００）、吸気ＶＶＴ進角量の最終目標値が当該吸気ＶＶＴ進角量の過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）より小さいか否か、つまり、この過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達したか否かが判別される（ステップ３００）。

その結果、吸気ＶＶＴ最終目標値＜吸気ＶＶＴ過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が成立すると判定された場合、つまり、未だ過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達していないと判定された場合には、吸気ＶＶＴ過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が上記ステップ２００において取得された最新の目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）から排気ＶＶＴ遅角量の現在値ＥＸＶＴ（ｋ）を減じた値として算出される（ステップ３０２）。

一方、上記ステップ３００において、吸気ＶＶＴ最終目標値＜吸気ＶＶＴ過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が不成立であると判定された場合、つまり、過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）が上記最終目標値に達したものと判定された場合には、排気ＶＶＴ過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）が上記ステップ２００において取得された最新の目標オーバーラップ期間ＯＶ（ｋ）から吸気ＶＶＴ遅角量の上記最終目標値を減じた値として算出される（ステップ３０４）。

また、図９に示すルーチンでは、上記ステップ３０２或いは３０４の処理は、吸気ＶＶＴ進角量の過渡目標値ＩＮＶＴref（ｋ）および排気ＶＶＴ遅角量の過渡目標値ＥＸＶＴref（ｋ）がそれぞれの最終目標値と一致するようになるまで継続して実行されることになる（ステップ２０８）。

ところで、上述した実施の形態１においては、上流触媒５８の下流に配置された酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示すものであるかリーン出力を示すものであるかに応じて、すなわち、触媒内部の酸素濃度に応じて、吸気弁６６の遅角制御と排気弁６８の進角制御の動作順序を変更するようにしている。しかしながら、本発明において、触媒の内部状態に応じて、吸気弁の開き時期の制御と排気弁の閉じ時期の制御の動作順序を変更する手法はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明でいう触媒の内部状態は、上述した実施の形態１における触媒内部の酸素濃度の状態に限らず、例えば、触媒温度であってもよい。

上流触媒５８等の温度が高い状態において、吸気の吹き抜けによって多量の酸素が供給されることになると、上流触媒５８等の劣化が懸念される。そこで、過給状態からの減速時に、上流触媒５８等の温度（ＥＣＵ８０が演算する推定値または、センサによる実測値）が所定値以上に達している場合には、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがなされるように、排気弁６８の閉じ時期の進角制御を行った後に吸気弁６６の開き時期の遅角制御を行うようにしてもよい。このような制御によれば、上流触媒５８等が高温状態にある状況下での減速時に、吸気の吹き抜けを生じにくい状況を作り出すことができ、高温状態にある触媒５８等が多量の酸素に晒されるのを良好に抑制することができる。これにより、過給状態からの減速時において、上流触媒５８等が劣化するのを良好に防止することが可能となる。

また、本発明でいう触媒の内部状態は、上述した触媒内部の酸素濃度の状態や触媒の温度状態に限定されるものではなく、例えば、触媒の酸素吸蔵量ＯＳＣであってもよい。より具体的には、過給状態からの減速時に、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣが所定値以上である場合には、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがなされるように、排気弁６８の閉じ時期の進角制御を行った後に吸気弁６６の開き時期の遅角制御を行うようにしてもよい。このような制御によれば、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣが許容量に達しているような状況下での減速時に、吸気の吹き抜けを生じにくい状況を作り出すことができ、上流触媒５８に多量の酸素が供給されるのを良好に防止することができる。これにより、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に減少させることが可能となる。

更に、過給状態からの減速時に、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣが所定値未満である場合には、吸気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがなされるように、吸気弁６６の開き時期の遅角制御を行った後に排気弁６８の閉じ時期の進角制御を行うようにしてもよい。このような制御によれば、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣが不足しているような状況下での減速時に、吸気の吹き抜けが生じ易い状況を作り出すことができ、上流触媒５８に十分な酸素を供給できるようになる。これにより、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣを適切な量に高めることが可能となる。尚、上流触媒５８の酸素吸蔵量ＯＳＣは、上流触媒５８の上流の制御目標空燃比をリッチからリーンに切り換えた時点から上流触媒５８の下流の酸素センサ６４の出力がリッチからリーンに反転するまでの時間と、当該上流触媒５８の容量とに基づいて算出可能である。

また、上述した実施の形態１においては、酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示す場合を例にとると、上記図５のタイムチャートに表されているように、先ず、吸気ＶＶＴ進角量をその目標値にまで遅角させ終えた後に、排気ＶＶＴ遅角量をその目標値にまで進角させるようにしている。しかしながら、本発明は、触媒の内部状態に応じて、吸気弁の開き時期の制御と排気弁の閉じ時期の制御の動作順序を変更するものであれば、このような例に限定されるものではない。すなわち、例えば、上記図５のタイムチャートを例にとって説明すると、吸気ＶＶＴ進角量の制御開始が先になっていれば、吸気ＶＶＴ進角量がその目標値にまで遅角し終える前に排気ＶＶＴ遅角量の進角制御を開始させるようにしたものであってもよい。

更には、本発明は、触媒の内部状態に応じて、吸気弁の開き時期の制御と排気弁の閉じ時期の制御の制御速度を異ならせるものであってもよい。すなわち、例えば、上記図５のタイムチャートの例と同様に酸素センサ６４の信号がリッチ出力を示すケースを例にとって説明すると、過給状態からの減速時にバルブオーバーラップ期間を減少させる際に、吸気ＶＶＴ進角量の遅角制御と排気ＶＶＴ遅角量の進角制御とを同時に実行開始させつつ、バルブオーバーラップ期間の減少開始後の初期において、吸気ＶＶＴ進角量の遅角制御の制御速度を排気ＶＶＴ遅角量の進角制御の制御速度よりも高めるようにしてもよい。このような制御によっても、排気行程中に存在するバルブオーバーラップ期間に重み付けがなされるようにすることができる。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ８０が、上記ステップ１０２の判定結果に応じて上記ステップ１０４或いは１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「オーバーラップ期間制御手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒情報取得手段」が、それぞれ実現されている。また、上流触媒５８が前記第１の発明における「触媒」に相当している。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための概略構成図である。 ピストンの運動と吸気の吹き抜け量との関係を説明するための図である。 排気弁の遅角量と吸気弁の進角量とを内燃機関の軸トルクとの関係で表した図である。 酸素センサの信号がリッチ出力を示す場合において、過給状態から減速要求が出された際の吸排気弁のバルブタイミングの調整の仕方を説明するための図である。 上記図４に示すケースにおける動作を表したタイムチャートである。 酸素センサの信号がリーン出力を示す場合において、過給状態から減速要求が出された際の吸排気弁のバルブタイミングの調整の仕方を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるメインルーチンのフローチャートである。 図７におけるステップ１０４の具体的な処理を示すサブルーチンのフローチャートである。 図７におけるステップ１０６の具体的な処理を示すサブルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 燃焼室
２０ ターボ過給機
３２ 上流側圧力センサ
３６ 下流側圧力センサ
５２ 排気通路
５８ 上流触媒
６０ 下流触媒
６２ 空燃比センサ
６４ 酸素センサ
６６ 吸気弁
６８ 排気弁
７０ 吸気可変動弁機構
７２ 排気可変動弁機構
８０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
８２ クランク角センサ
８４ ピストン

Claims (8)

1. 吸入空気を過給する過給機と、
   吸気弁の少なくとも開き時期を可変とする吸気可変動弁機構と、
   排気弁の少なくとも閉じ時期を可変とする排気可変動弁機構と、
   吸気弁の開き時期およびまたは排気弁の閉じ時期を制御することで、吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を調整するオーバーラップ期間制御手段と、
   排気通路に配置された触媒と、
   前記触媒の内部状態に関する情報を取得する触媒情報取得手段とを備え、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、バルブオーバーラップ期間が存在する状態から減速する際に当該バルブオーバーラップ期間を変更するときは、前記触媒の内部状態に応じて、吸気弁の開き時期の制御と排気弁の閉じ時期の制御の動作順序を変更し或いは当該吸気弁の開き時期の制御と当該排気弁の閉じ時期の制御の制御速度を異ならせることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
2. 前記オーバーラップ期間制御手段は、過給圧が正圧の所定値以上である状態であって、バルブオーバーラップ期間が存在する前記状態から減速するときに、前記動作順序を変更し或いは前記制御速度を異ならせることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
3. 前記触媒情報取得手段は、前記触媒の内部の酸素濃度情報を取得する手段であって、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の内部の酸素濃度が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
4. 前記触媒情報取得手段は、前記触媒の内部の酸素濃度情報を取得する手段であって、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の内部の酸素濃度が所定値未満である場合には、吸気弁の開き時期を先に減速後の目標値にまで遅角させた後に、排気弁の閉じ時期を減速後の目標値にまで進角させることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
5. 前記酸素濃度取得手段は、前記触媒の下流側の排気通路に配置された酸素濃度センサであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
6. 前記触媒情報取得手段は、前記触媒の温度情報を取得する手段であって、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
7. 前記触媒情報取得手段は、前記触媒の酸素吸蔵量情報を取得する手段であって、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の酸素吸蔵量が所定値以上である場合には、排気弁の閉じ時期を先に減速後の目標値にまで進角させた後に、吸気弁の開き時期を減速後の目標値にまで遅角させることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
8. 前記触媒情報取得手段は、前記触媒の酸素吸蔵量情報を取得する手段であって、
   前記オーバーラップ期間制御手段は、前記触媒の酸素吸蔵量が所定値未満である場合には、吸気弁の開き時期を先に減速後の目標値にまで遅角させた後に、排気弁の閉じ時期を減速後の目標値にまで進角させることを特徴とする請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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