(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置において、アイドル回転数の急低下によるエンジンストールの発生を確実に回避する。【解決手段】吸気バルブと、モータ利用型ＶＶＴと、ＥＣＵと、を備える内燃機関の制御装置である。ＥＣＵは、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下で、且つ、第１目標回転数Ｎｔ１に対するアイドル回転数の低下量ΔＮ、及び、アイドル回転数の低下率ΔＩが閾値ΔＮｔ，ΔＩｔ以上の場合には、モータ利用型ＶＶＴによって、吸気バルブの開閉タイミングを、充填効率を高めるように進角させる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に通じる吸気通路を開閉する吸気バルブと、モータを駆動源とする、当該吸気バルブの開閉タイミングを変更させる可変バルブタイミング機構と、当該可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、
上記制御手段は、アイドル回転数が所定の第１目標回転数以下で、且つ、アイドル回転数の急激な変化を示すパラメータの値が所定の閾値以上の場合には、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを、充填効率を高めるように進角させる進角制御を開始するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
上記パラメータは、上記第１目標回転数に対するアイドル回転数の低下量、及び、アイドル回転数の低下率のいずれか一方または両方であることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、
上記吸気通路に配置されたスロットルバルブの開度を調整することにより、アイドル回転数を上昇させる開度調整制御を行うことが可能に構成されており、
アイドル回転数が上記第１目標回転数以下で、且つ、上記パラメータの値が所定の閾値以上の場合には、上記開度調整制御の代わりに上記進角制御を行うように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、上記進角制御後のアイドル回転数が上記第１目標回転数を超えた場合には、当該アイドル回転数が当該第１目標回転数を超えた状態で所定期間を経過したときに、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、上記進角制御後のアイドル回転数が上記第１目標回転数より高く設定された第２目標回転数を超えたときに、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
上記請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、上記パラメータの値が大きいほど、上記進角制御における進角量を大きく設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、アイドル運転時におけるエンジン回転数の急低下によるエンジンストールを回避可能な内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを内燃機関の運転状態に応じて変更する可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing）（以下、「ＶＶＴ」ともいう）が知られている。一般的に、ＶＶＴでは、油圧や電動モータによって吸排気バルブのカムシャフトを回転させることで、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て吸排気バルブの開閉タイミングを調整する。
【０００３】
この種のＶＶＴは、車両運転中のみならず、エンジン停止指示が発生した後においても、開閉タイミングを変更するのに用いられることがある。例えば、特許文献１では、エンジン停止指示発生後のバルブタイミング制御を、電動モータを最高速度で回転させる第１のモードで行う一方、目標タイミングに近づくと、フィードバック制御を行なう第２のモードへ切換える可変バルブタイミング装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０５７３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、低燃費化の観点からは、アイドル運転時のエンジン回転数（以下、「アイドル回転数」ともいう）は低く設定するのが望ましいが、低回転状態では良好な燃焼が得られず、アイドル回転数が不安定になる可能性がある。そして、不安定になったアイドル回転数が急激に低下すると、エンジンストール（以下、「エンスト」ともいう）が生じるおそれがある。
【０００６】
このような問題を解決するために、アイドル回転数が急低下した場合には、吸気通路に設けられた電子制御式のスロットルバルブを開き、吸入空気量を増大させてトルクアップを図ることによって、エンストの発生を抑える制御が従来から行われている。なお、上記特許文献１には、アイドル運転時における吸気バルブの目標位相（クランク角）が最遅角位置近傍をとらないとされているだけで、エンストの発生を抑制することについては記載されていない。
【０００７】
しかしながら、スロットルバルブと燃焼室との間にはインテークマニホールドが存在するため、スロットルバルブを開くことでトルクアップを図る従来の制御では、スロットルバルブを開いてから、燃焼室に吸入される空気量が実際に増大するまでにタイムラグが生じるおそれがある。このため、従来の制御では、アイドル回転数が急低下しても、迅速なトルクアップが図れず、エンストの発生を回避するのが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の制御装置において、アイドル回転数の急低下によるエンジンストールの発生を確実に回避する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明では、アイドル回転数が急激に低下した場合に、迅速なトルクアップを図るべく、応答性の高いモータ利用型可変バルブタイミング機構を用いて、吸気バルブの開閉タイミングを変更するようにしている。
【００１０】
具体的には、本発明は、燃焼室に通じる吸気通路を開閉する吸気バルブと、モータを駆動源とする、当該吸気バルブの開閉タイミングを変更させる可変バルブタイミング機構と、当該可変バルブタイミング機構を制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置を対象としている。
【００１１】
そして、上記制御手段は、アイドル回転数が所定の第１目標回転数以下で、且つ、アイドル回転数の急激な変化を示すパラメータの値が所定の閾値以上の場合には、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを、充填効率を高めるように進角させる進角制御を開始するように構成されている。
【００１２】
この構成では、低下後のアイドル回転数が第１目標回転数以下であり、且つ、アイドル回転数の急激な低下を示すパラメータ（以下、「急低下パラメータ」ともいう）の値が所定の閾値以上である場合に、制御手段が進角制御を開始する。ここで、急低下パラメータの値が所定の閾値以上であることをも条件としたのは、単にアイドル回転数が目標回転数以下になっただけなら、制御を行わずとも、アイドル回転数が目標回転数まで自然に復帰する可能性が高いからである。つまり、この構成によれば、アイドル回転数が急激に低下した場合に初めて進角制御を開始することから、アイドル運転時における吸気バルブの開閉タイミングが不必要に変更されるのを抑えることができる。
【００１３】
そうして、制御手段は、かかる進角制御において、モータを駆動源とする可変バルブタイミング機構を用いて、吸気バルブの開閉タイミングを進角させる。このように、スロットルバルブを開く従来の制御とは異なり、モータを駆動源とするＶＶＴを用いて、吸気バルブの開閉タイミングを進角させることから、タイムラグを生じさせることなく、迅速に気筒の充填効率を高めてトルクアップを図ることができる。その結果、アイドル回転数の急低下によるエンストの発生を確実に回避することができる。
【００１４】
また、油圧を駆動源とするＶＶＴは、エンジン回転数が低下した場合には、油圧不足により作動しないおそれがあるが、本発明では、モータを駆動源とするＶＶＴを用いることから、比較的低いアイドル回転数が更に急低下した場合でも、迅速かつ高精度な開閉タイミング制御が可能となる。
【００１５】
そして、上記パラメータは、上記第１目標回転数に対するアイドル回転数の低下量、及び、アイドル回転数の低下率のいずれか一方または両方であるのが好ましい。
【００１６】
このように、第１目標回転数に対するアイドル回転数の低下量が閾値以上であることを進角制御開始の条件とすれば、アイドル回転数が第１目標回転数を僅かに下回ったような場合に、吸気バルブの開閉タイミングが不必要に変更されるのを確実に抑えることができる。また、アイドル回転数の低下率が閾値以上であることを条件とすれば、進角制御を開始すべき場合に当たるか否かを的確に判定することができる。
【００１７】
また、好ましくは、上記制御手段は、上記吸気通路に配置されたスロットルバルブの開度を調整することにより、アイドル回転数を上昇させる開度調整制御を行うことが可能に構成されており、アイドル回転数が上記第１目標回転数以下で、且つ、上記パラメータの値が所定の閾値以上の場合には、上記開度調整制御の代わりに上記進角制御を行うように構成されている。
【００１８】
この構成によれば、例えばアイドル回転数が緩やかに低下した場合には、開度調整制御も行い得る一方、アイドル回転数が急激に低下した場合には、応答遅れが懸念される開度調整制御の代わりに進角制御を行うことから、エンストの発生を効率よく回避することができる。
【００１９】
ところで、進角制御を行うことによってアイドル回転数が復帰した後も、吸気バルブの開閉タイミングを進角させたままにすると、アイドル運転時に燃料が無駄に消費されることになる。もっとも、単に進角制御後のアイドル回転数が第１目標回転数を超えたからといって、吸気バルブの開閉タイミングを遅角させると、例えばアイドル回転数が第１目標回転数付近で増減するような場合に、吸気バルブの開閉タイミングを進角させる制御と遅角させる制御とが繰り返されて、ハンチングが起きるおそれがある。
【００２０】
そこで、好ましくは、上記制御手段は、上記進角制御後のアイドル回転数が上記第１目標回転数を超えた場合には、当該アイドル回転数が当該第１目標回転数を超えた状態で所定期間を経過したときに、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されている。
【００２１】
この構成によれば、進角制御後のアイドル回転数が第１目標回転数を超えた状態で所定期間を経過したときに初めて遅角制御を開始することから、例えばアイドル回転数が第１目標回転数付近で増減しても、進角制御と遅角制御とが繰り返されるのを抑えることができる。これにより、アイドル回転数が復帰する際に、ハンチングが起きるのを抑制することができる。
【００２２】
また、好ましくは、上記制御手段は、上記進角制御後のアイドル回転数が上記第１目標回転数より高く設定された第２目標回転数を超えたときに、上記可変バルブタイミング機構により、上記吸気バルブの開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されている。
【００２３】
仮にアイドル回転数が第２目標回転数付近で増減しても第１目標回転数以下となる可能性は低いところ、この構成によれば、進角制御後のアイドル回転数が第２目標回転数を超えた場合に初めて遅角制御が開始されることから、進角制御と遅角制御とが繰り返されるのを抑えることができる。これにより、アイドル回転数が復帰する際に、ハンチングが起きるのを抑制することができる。
【００２４】
好ましくは、上記制御手段は、上記パラメータの値が大きいほど、上記進角制御における進角量を大きく設定するように構成されている。
【００２５】
この構成によれば、アイドル回転数の急低下の度合いが大きいほど、迅速なトルクアップが行われることから、エンストの発生をより確実に回避することができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置によると、モータを駆動源とする可変バルブタイミング機構を用いて、吸気バルブの開閉タイミングを進角させることにより、迅速に充填効率を高めてトルクアップを図ることから、アイドル回転数の急低下によるエンジンストールの発生を確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。
【図２】可変バルブタイミング機構の構成を示す断面図である。
【図３】図２のIII−IIIにおける断面図である。
【図４】エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。
【図５】ＥＣＵが実行する進角制御および遅角制御を示すフローチャートである。
【図６】進角制御および遅角制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図７】実施形態２に係る進角制御および遅角制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
（実施形態１）
−エンジンの全体構成−
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。このエンジン（内燃機関）１は、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１ａ内に形成された４つの気筒（図１には１気筒のみを示す）それぞれに、上下に往復動するようにピストン１ｃが収容されている。シリンダブロック１ａには、これら４つの気筒を取り囲むようにウォータジャケットが形成され、エンジン冷却水（冷却液）の温度を検出するように水温センサ３２が配置されている。
【００３０】
前記４つの気筒におけるピストン１ｃの往復運動はそれぞれ、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５の回転運動に変換される。クランクシャフト１５は、トルクコンバータ（又はクラッチ）等を介して変速機（図示せず）に連結されており、かかる変速機を介してエンジン１の出力を車両の駆動輪に伝達することができる。この変速機は、一例としてクラッチ及びブレーキ等の摩擦係合要素と遊星歯車機構とを用いた多段式の自動変速機であってもよいし、ベルト式無段変速機であってもよい。
【００３１】
また、クランクシャフト１５は、エンジン１の始動時に起動されるスタータモータ１０と連結可能になっており、このスタータモータ１０によってクランクシャフト１５を強制的に回転させる（クランキング）ことができる。クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられており、当該シグナルロータ１７の外周面には複数の歯（突起）１７ａが等角度毎に設けられるとともに、その歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂも設けられている。
【００３２】
このシグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号を発生する。このクランクポジションセンサ３１の出力信号からエンジン回転数Ｎｅを算出することができる。
【００３３】
さらに、シリンダブロック１ａの下部には、クランクシャフト１５を覆うように、潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時にオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられ、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などエンジン各部に供給されて、当該各部の潤滑や冷却等に用いられる。
【００３４】
一方、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが締結されており、このシリンダヘッド１ｂによって上端を閉じられた各気筒には、ピストン１ｃの往復運動によって容積が変化する燃焼室１ｄが形成されている。シリンダヘッド１ｂには、この燃焼室１ｄに臨むように、気筒毎に点火プラグ３が配置されており、かかる点火プラグ３による点火のタイミングはイグナイタ４によって調整される。イグナイタ４はＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００によって制御される。
【００３５】
燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ連通し、新気の吸入と燃焼ガスの排出とを行うようになっている。吸気通路１１の下流側（吸気流れの下流側）は、吸気ポート１１ａ及びインテークマニホールド１１ｂによって構成される一方、吸気通路１１の上流側にはサージタンク１１ｃが配設されている。また、吸気通路１１には、吸気を濾過するためのエアクリーナ７、吸気通路１１を通過する空気の流量を検出するための熱線式のエアフロメータ３３、吸気温センサ３４（一例としてエアフロメータ３３に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ５などが配置されている。
【００３６】
一例としてスロットルバルブ５は、サージタンク１１ｃの上流側に設けられており、スロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ３５によって検出され、エンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量となるようにＥＣＵ２００によってフィードバック制御される。
【００３７】
また、各気筒に対応する吸気ポート１１ａにはインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。これらのインジェクタ２は共通のデリバリパイプ１０１に接続されていて、各インジェクタ２に対して燃料供給系１００から燃料が供給される。一例として燃料供給系１００は、デリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ１０３および燃料タンク１０４などを備えている。
【００３８】
インジェクタ２はＥＣＵ２００によって制御され、これにより、各気筒に所定のタイミングで燃料噴射が行われる。そして、インジェクタ２から吸気ポート１１ａ内に噴射された燃料は吸入空気と混合され、吸気通路１１を開閉する吸気バルブ１３の開弁に伴って、各気筒内の燃焼室１ｄに導入される。この混合気は、気筒の圧縮行程の終盤に点火プラグ３によって点火されて燃焼し、高温高圧の燃焼ガスがピストン１ｃを押し下げた後に、排気バルブ１４の開弁に伴い排気通路１２に排出される。
【００３９】
この排気通路１２の上流側（排気流れの上流側）は排気ポート１２ａ及びエキゾーストマニホールド１２ｂによって構成される一方、排気通路１２の下流側には三元触媒８が配置されている。三元触媒８は、排気通路１２に排出された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化およびＮＯｘの還元を行い、それらを無害なＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2とすることで排気ガスを浄化する。
【００４０】
排気通路１２における三元触媒８の上流側には、例えば空燃比に対してリニアな特性を示すフロント空燃比センサ３７が配置されている一方、排気通路１２における三元触媒８の下流側には、例えばラムダセンサからなるリアＯ2センサ３８が配置されている。これらフロント空燃比センサ３７及びリアＯ2センサ３８の出力信号はＥＣＵ２００にフィードバックされて、空燃比の制御に供される。
【００４１】
上記のような燃焼室１ｄの吸気および排気は、吸気バルブ１３および排気バルブ１４の開閉動作によって行われる。すなわち、吸気ポート１１ａと燃焼室１ｄとの間には吸気バルブ１３が設けられ、排気ポート１２ａと燃焼室１ｄとの間には排気バルブ１４が設けられている。そして、タイミングチェーン等を介してクランクシャフト１５により回転される吸気および排気の各カムシャフト２１，２２によって、吸気バルブ１３および排気バルブ１４がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。
【００４２】
より具体的には、吸気および排気の各カムシャフト２１，２２はそれぞれ、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転し、ピストン１ｃが２往復する間に１回転する。換言すると、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）して、ピストン１ｃが吸気、圧縮、膨張および排気の各行程を行う間に、各カムカムシャフト２１，２２が１回転し、それぞれの気筒の吸気行程で吸気バルブ１３を開き、排気行程で排気バルブ１４を開くようになっている。
【００４３】
こうして回転する吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば第１気筒）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するように、カムポジションセンサ３９が設けられている。カムポジションセンサ３９は、前記のクランクポジションセンサ３１と同様に電磁ピックアップからなり、吸気カムシャフト２１のロータ外周の１個の歯（図示せず）が通過する際にパルス状の信号を出力する。
【００４４】
また、本実施形態では吸気カムシャフト２１に、以下に説明する電動式の可変動弁機構（以下、ＶＶＴ４０と略称する）が取り付けられている。これにより、クランクシャフト１５の回転を基準とする吸気カムシャフト２１の回転位相を連続的に変化させて、吸気バルブ１３の開閉するタイミングを進角側、遅角側に連続的に変更することができる。
【００４５】
そして、本実施形態のエンジン１は、各気筒の幾何学的な圧縮比（ピストン１ｃが上死点にあるときと下死点にあるときとの燃焼室１ｄの容積比）を１２〜１４と高く設定し、使用頻度の高い部分負荷の運転領域ではＶＶＴ４０により吸気バルブ１３の閉時期を圧縮行程の半ば以降にまで遅角させることで、いわゆるアトキンソン・サイクル（ミラー・サイクル）での運転を行うようになっている。
【００４６】
−ＶＶＴ−
図２は、ＶＶＴ４０の構成を示す断面図であり、図３は、図２のIII−III線における断面図である。これら図２及び図３に示すように、本実施形態では、吸気カムシャフト２１の端部にＶＶＴ４０（図１には示さず）が配設されている。なお、排気カムシャフト２２にも同様の可変動弁機構を配設してもよい。
【００４７】
ＶＶＴ４０は、ＥＣＵ２００により制御される電動モータ４２を駆動源とするモータ利用型バルブタイミング調整装置（ＭＤ−ＶＶＴ：Motor Drive Variable Valve Timing）として構成されている。この電動モータ４２は、図２に示すように、モータ軸４４、軸受４６、回転数センサ４７、ステータ５０等から構成される三相モータである。モータ軸４４は二つの軸受４６により支持されて軸線Ｏ周りに回転可能となっている。このモータ軸４４には、径方向外側に突出するロータ部４５が固定されていて、このロータ部４５の外周壁に複数の磁石４５ａが埋設されている。
【００４８】
一方、ステータ５０は、モータ軸４４の外周側に配設され、モータ軸４４の軸線Ｏ周りに等間隔に並ぶ複数のコイルを備えている。コイルは、コア５１に巻線５２を巻回してなり、駆動回路１０８からの供給を受けて電流が流れると、モータ軸４４の外周側に回転磁界を形成して、回転トルクを発生させる。回転数センサ４７はロータ部４５の近傍に配設され、各磁石４５ａによる形成磁界の強さを感知することによりモータ軸４４の回転数（以下、「モータ回転数」という）を検出する。
【００４９】
また、前記図２の他、図３にも示すように、ＶＶＴ４０は、位相変化機構６０を備えている。この位相変化機構６０は、スプロケット６２、リングギア６３、偏心軸６４、遊星歯車６５、出力軸６６等を備えている。スプロケット６２は、出力軸６６の外周側に同軸上に配設されており、出力軸６６に対してモータ軸４４と同じ軸線Ｏ周りに相対回転可能である。
【００５０】
そして、クランクシャフト１５の回転がチェーンなどによってスプロケット６２に伝えられると、このスプロケット６２がクランクシャフト１５に対する回転位相を保ちつつ、軸線Ｏを中心として図３の時計回り方向に回転する。リングギア６３は、内歯車で構成されてスプロケット６２の内周壁に同軸上に固定されており、スプロケット６２と一体に回転する。
【００５１】
偏心軸６４は、モータ軸４４に連結固定されることにより軸線Ｏに対し偏心して配設されており、モータ軸４４と一体に回転する。遊星歯車６５は外歯車であり、リングギア６３と噛み合うようにしてその内周側に遊星運動可能に配設されている。偏心軸６４の外周壁に同軸上に支持されている遊星歯車６５は、偏心軸６４に対して偏心軸線Ｐ周りに相対回転可能になっている。
【００５２】
また、出力軸６６は、吸気カムシャフト２１に同軸にボルト固定されており、モータ軸４４と同じ軸線Ｏを中心として吸気カムシャフト２１と一体に回転する。出力軸６６には、軸線Ｏを中心とする円環板状の係合部６７が形成されていて、この係合部６７には軸線Ｏ周りに等間隔に複数の係合孔６８が設けられている。これらの係合孔６８と向き合うように遊星歯車６５には、偏心軸線Ｐの周りに等間隔をあけて複数の係合突起６９が設けられており、それぞれが係合部６７側に突出して対応する係合孔６８に突入している。
【００５３】
このような構造のＶＶＴ４０は、モータ軸４４がスプロケット６２に対して相対回転しないときには、クランクシャフト１５の回転に伴い遊星歯車６５が、リングギア６３との噛合位置を保ちつつスプロケット６２と一体に図３の時計回り方向に回転する。このとき、係合突起６９が係合孔６８の内周壁を回転方向に押圧するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して相対回転することなく図３の時計回り方向に回転する。これにより、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１の回転位相が保たれる。
【００５４】
一方、モータ軸４４がスプロケット６２に対して図３の反時計回り方向に相対回転すると、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図３の時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を回転方向に押圧する力が増大するため、出力軸６６はスプロケット６２に対して進角する。これにより、吸気カムシャフト２１の回転位相が進角側に変化する。
【００５５】
反対にモータ軸４４がスプロケット６２に対して図３の時計回り方向に相対回転すると、遊星歯車６５がその遊星運動により、偏心軸６４に対して図３の反時計回り方向へ相対回転しつつリングギア６３との噛合位置を変化させる。このとき、係合突起６９が係合孔６８を反回転方向に押圧するようになるため、出力軸６６はスプロケット６２に対して遅角する。これにより、吸気カムシャフト２１の回転位相が遅角側に変化する。
【００５６】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３及びバックアップＲＡＭ２０４などを備えている。
【００５７】
ＲＯＭ２０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５８】
以上のＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３及びバックアップＲＡＭ２０４は、バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５及び出力インターフェース２０６と接続されている。
【００５９】
入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、フロント空燃比センサ３７、リアＯ2センサ３８及びカムポジションセンサ３９などの各種センサ類が接続されている。
【００６０】
また、入力インターフェース２０５には、車両のメイン電源をオンオフするためのイグニッションスイッチ４８と、車両の乗員によってエンジン１の始動に係る操作が行われるスタータスイッチ４９とが接続されている。イグニッションスイッチ４８がオン操作されると、ＥＣＵ２００によるエンジン１の制御が開始され、スタータスイッチ４９がオン操作されると、スタータモータ１０によるエンジン１のクランキングが開始される。
【００６１】
一方、出力インターフェース２０６には、一例として各気筒のインジェクタ２、同じく各気筒の点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５のスロットルモータ６、スタータモータ１０及び吸気カムシャフト２１のＶＶＴ４０などが接続されている。
【００６２】
そして、ＥＣＵ２００は、前記した各種センサ及びスイッチからの信号に基づいて、インジェクタ２の駆動制御（燃料の噴射量および噴射時期の制御）、点火プラグ３による点火時期の制御、スロットルモータ６の駆動制御（スロットル開度の制御）、ＶＶＴ４０の動作制御（吸気バルブ１３の位相制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。
【００６３】
−アイドル運転時における制御−
ところで、低燃費化の観点からは、アイドル運転時のエンジン回転数Ｎｅ（以下、「アイドル回転数」ともいう）は低く設定するのが望ましいが、低回転状態では良好な燃焼が得られないことから、アイドル回転数Ｎｅが不安定になり、急激に低下する場合がある。また、アイドル運転中に、補機類（エアーコン、パワーステアリング、オルタネータ等）による負荷トルクが突発的にエンジンにかかった場合にも、アイドル回転数Ｎｅが急激に低下することがある。このように、アイドル回転数Ｎｅが急激に低下すると、エンジンストール（以下、「エンスト」ともいう）が生じるおそれがある。
【００６４】
このようなエンストの発生を回避するために、アイドル回転数Ｎｅが急激に低下した場合には、スロットルバルブ５を開き、吸入空気量を増大させてトルクアップを図ること（以下、「開度調整制御」ともいう）により、エンストの発生を抑えることが考えられる。しかしながら、スロットルバルブ５と燃焼室１ｄとの間にはインテークマニホールド１１ｂが存在するため、ＥＣＵ２００の制御によってスロットルバルブ５を開いてから、燃焼室１ｄに吸入される空気量が実際に増大するまでにタイムラグが生じて、エンストが発生するおそれがある。
【００６５】
そこで、本実施形態では、アイドル回転数Ｎｅの急激な低下によるエンストの発生を確実に回避すべく、所定の条件が満たされた場合には、上記開度調整制御に代えて、ＶＶＴ４０により、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させる制御を行うようにしている。具体的には、ＥＣＵ２００は、アイドル回転数Ｎｅが所定の第１目標回転数Ｎｔ１以下で、且つ、アイドル回転数Ｎｅの急激な低下を示すパラメータ（以下、「急低下パラメータ」ともいう）の値が所定の閾値以上の場合には、ＶＶＴ４０により、吸気バルブ１３の開閉タイミングを、充填効率を高めるように進角させる進角制御を開始するように構成されている。なお、本実施形態における急低下パラメータとは、第１目標回転数Ｎｔ１に対するアイドル回転数Ｎｅの低下量、及び、アイドル回転数Ｎｅの低下率である。
【００６６】
より詳しくは、ＥＣＵ２００は、クランクポジションセンサ３１の出力信号に基づいて、一定の時間間隔でアイドル回転数Ｎｅを取得（算出）しており、任意の時刻ｔ”におけるアイドル回転数Ｎｅ”が第１目標回転数Ｎｔ１以下になった場合には、アイドル回転数Ｎｅの低下量として、第１目標回転数Ｎｔ１とアイドル回転数Ｎｅ”との差ΔＮを算出する。そうして、ＥＣＵ２００は、算出した低下量ΔＮが、予め設定された閾値ΔＮｔ以上であれば、アイドル回転数Ｎｅが激しく低下したと判定する。
【００６７】
また、ＥＣＵ２００は、アイドル回転数Ｎｅの低下が激しい低下に該当する場合には、任意の時刻ｔ”から所定時間Δｔだけ遡った時刻ｔ’におけるアイドル回転数Ｎｅ’を算出し、アイドル回転数Ｎｅの低下率として、ΔＩ（＝（Ｎｅ”−Ｎｅ’）／Δｔ）を算出する。そうして、ＥＣＵ２００は、算出した低下率ΔＩが、予め設定された閾値ΔＩｔ以上であれば、アイドル回転数Ｎｅが急速に低下したと判定する。
【００６８】
なお、第１目標回転数Ｎｔ１、閾値ΔＮｔおよび閾値ΔＩｔは、アイドル回転時におけるエンストの抑制を考慮して、実験やシミュレーション等によって経験的に適合した値とする。
【００６９】
このように、低下後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下であることに加えて、急低下パラメータの値が所定の閾値以上であることを条件としたのは、単にアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下になっただけなら、何らの制御を行わずとも、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１まで自然に復帰する可能性が高いからである。つまり、ＥＣＵ２００は、アイドル回転数Ｎｅが急激（激しく且つ急速）に低下した場合に初めて進角制御を実行することから、アイドル運転時における吸気バルブ１３の開閉タイミングが不必要に変更されるのを抑えることができる。
【００７０】
そうして、ＥＣＵ２００は、かかる進角制御において、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させる。本実施形態では、アイドリングを安定させるために、吸気バルブ１３の閉弁時期が、充填効率の高い基準閉弁時期よりも遅角側に設定されており、それ故、吸気バルブ１３の閉弁時期（開閉タイミング）を進角させると、気筒の充填効率が高まるようになっている。また、ＥＣＵ２００は、電動モータ４２を駆動源とするＶＶＴ４０を用いて、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させることから、開度調整制御とは異なり、タイムラグを生じさせることなく、迅速に気筒の充填効率を高めることができる。その結果、迅速なトルクアップが図られるので、アイドル回転数Ｎｅの急低下によるエンストの発生を確実に回避することができる。このとき、ＥＣＵ２００は、急低下パラメータの値が大きいほど、進角制御における進角量を大きく設定する。これにより、アイドル回転数Ｎｅの急低下の度合いが大きいほど、迅速に気筒の充填効率が高められることから、エンストの発生をより確実に回避することができる。
【００７１】
ところで、進角制御を行うことによってアイドル回転数Ｎｅが復帰した後も、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させたままにすると、アイドル運転時に燃料が無駄に消費されることになる。もっとも、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが単に第１目標回転数Ｎｔ１を超えたからといって、吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角側に戻すと、例えばアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１付近で急激に増減するような場合には、進角制御と遅角側に戻す制御とが繰り返されて、ハンチングが起きるおそれがある。
【００７２】
そこで、ＥＣＵ２００は、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた場合には、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過したときに、ＶＶＴ４０により、吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されている。このように、ＥＣＵ２００は、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過したときに初めて遅角制御を開始することから、例えばアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を小刻みに超えたり下回ったりした場合にも、進角制御と遅角制御とが繰り返されるのを抑えて、ハンチングが起きるのを抑制することができる。
【００７３】
次いで、本実施形態に係る進角制御および遅角制御の一例を、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００７４】
図５に示すルーチンは、エンジン１がアイドル運転を開始すると実行される。なお、アイドル運転が開始されたことは、アクセル開度センサ３６の検出信号に基づいて、ＥＣＵ２００がアクセルペダルの踏み込み量がゼロであることを認識することによって判断される。また、急低下が生じていない状態のアイドル回転数Ｎｅは、例えば７００〜８００（ｒｐｍ）に設定されている。
【００７５】
先ず、ステップＳＡ１では、ＥＣＵ２００が、クランクポジションセンサ３１の出力信号からアイドル回転数Ｎｅを取得（算出）する。なお、ステップＳＡ１より後は図示省略するが、ＥＣＵ２００は、本ルーチンにおいてステップＳＡ１以降も、アイドル回転数Ｎｅを随時取得する。
【００７６】
次いでステップＳＡ２では、ＥＣＵ２００が、取得したアイドル回転数Ｎｅが予め設定された第１目標回転数Ｎｔ１以下か否かを判定する。このステップＳＡ２の判定がＮＯの場合、すなわち、取得したアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えている場合には、ステップＳＡ１０に進み、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させることなくリターンする。一方、ステップＳＡ２の判定がＹＥＳの場合には、アイドル回転数Ｎｅの低下が激しい低下に該当するか否かを判定すべく、ステップＳＡ３に進む。
【００７７】
次のステップＳＡ３では、ＥＣＵ２００が、急低下パラメータの１つである、アイドル回転数の低下量ΔＮが閾値ΔＮｔ以上か否かを判定する。このステップＳＡ３の判定がＮＯの場合、すなわち、低下量ΔＮが閾値ΔＮｔ未満の場合には、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下ではあるものの、自然に復帰する可能性が高いことから、ステップＳＡ１０に進み、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させることなくリターンする。一方、ステップＳＡ３の判定がＹＥＳの場合には、アイドル回転数Ｎｅの低下が急速な低下に該当するか否かを判定すべく、ステップＳＡ４に進む。
【００７８】
次いでステップＳＡ４では、ＥＣＵ２００が、急低下パラメータの１つである、アイドル回転数の低下率ΔＩが閾値ΔＩｔ以上か否かを判定する。このステップＳＡ４の判定がＮＯの場合、すなわち、アイドル回転数の低下率ΔＩが閾値ΔＩｔ未満の場合には、ステップＳＡ１０に進み、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させることなくリターンする。一方、ステップＳＡ４の判定がＹＥＳの場合には、かかるアイドル回転数Ｎｅの低下は激しく且つ急速（急激）な低下に該当することから、ステップＳＡ５に進む。
【００７９】
次のステップＳＡ５では、迅速かつ効率の良くアイドル回転数Ｎｅを上昇させるべく、ＥＣＵ２００が、アイドル回転数の低下量ΔＮ及び低下率ΔＩが大きいほど進角量が大きくなるように、進角量を設定した後、ステップＳＡ６に進む。
【００８０】
次いで、ステップＳＡ６では、ＥＣＵ２００が、モータ利用型ＶＶＴ４０を用いて吸気バルブ１３の開閉タイミングを、ステップＳＡ５で設定された進角量だけ進角させる。このように、電動モータ４２を駆動源とするＶＶＴ４０を用いて、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させることにより、アイドル回転数Ｎｅの急激な低下を認識してから極短時間のうちに、気筒の充填効率を高めてトルクアップを図ることができる。
【００８１】
次のステップＳＡ７では、ＥＣＵ２００が、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えたか否かを判定する。このステップＳＡ７の判定がＮＯの場合、すなわち、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下ではある場合には、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えるまで、この判定を繰り返す。一方、ステップＳＡ７の判定がＹＥＳの場合には、ステップＳＡ８に進む。
【００８２】
次のステップＳＡ８では、ＥＣＵ２００が、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過したか否かを判定する。このステップＳＡ８の判定がＮＯの場合、すなわち、所定期間Ｔ内にアイドル回転数Ｎｅが１度でも第１目標回転数Ｎｔ１以下になれば、再びステップＳＡ７に戻る。一方、ステップＳＡ８の判定がＹＥＳの場合、すなわち、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えて安定している場合には、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１付近で増減することによって進角制御と遅角制御とが繰り返される可能性が低いことから、ステップＳＡ９に進み、ＶＶＴ４０を用いて吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角させた後、リターンする。
【００８３】
−進角制御によるエンストの抑制および遅角制御によるハンチングの抑制−
図６には、ＶＶＴ４０を用いて吸気バルブ１３の開閉タイミングを変更させる場合のエンジン回転数の変化の様子を、吸気バルブ１３の閉弁時期と関連付けて示す。
【００８４】
図６の上段に示すように、時刻ｔ１では、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を上回っていることから、吸気バルブ１３の閉弁時期は変更されない。また、時刻ｔ２では、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下となっているものの、アイドル回転数の低下量ΔＮが閾値ΔＮｔ未満であることから、吸気バルブ１３の閉弁時期は変更されない。
【００８５】
これらに対し、時刻ｔ３では、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下となっているとともに、アイドル回転数の低下量ΔＮが閾値ΔＮｔ以上であり、且つ、図示省略するがアイドル回転数の低下率ΔＩが閾値ΔＩｔ以上であることから、図６の下段に示すように、ＶＶＴ４０により吸気バルブ１３の閉弁時期が進角される。そうして、吸気バルブ１３の閉弁時期が進角すると、気筒の充填効率が高まることから、トルクが増大する。これにより、図６の上段に示すように、アイドル回転数Ｎｅが上昇を開始し、エンストの発生が回避される。
【００８６】
時刻ｔ４では、アイドル回転数Ｎｅが、第１目標回転数Ｎｔ１を超えるものの、第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過することなく、時刻ｔ５において、再び第１目標回転数Ｎｔ１以下となることから、吸気バルブ１３の閉弁時期は変更されない。
【００８７】
これに対し、時刻ｔ６以降は、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過していることから、時刻ｔ６から所定期間Ｔ経過後の時刻ｔ７において、図６の下段に示すように、ＶＶＴ４０により吸気バルブ１３の閉弁時期が遅角される。このように、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１を超えた状態で所定期間Ｔを経過したときに初めて遅角制御を開始することから、進角制御と遅角制御との繰り返しによるハンチングの発生が抑えられる。そうして、吸気バルブ１３の閉弁時期が遅角し、燃料が無駄に消費されるのが抑えられる。
【００８８】
（実施形態２）
本実施形態は、遅角制御を開始するための条件が、上記実施形態１と異なるものである。他の構成は実施形態１と同様であることから、以下、実施形態１と異なる点について説明する。
【００８９】
上述の如く、進角制御によってアイドル回転数Ｎｅが復帰した後も、吸気バルブ１３の開閉タイミングを進角させたままにすると、燃料が無駄に消費されることから、本実施形態においても所定の条件が満たされた場合に、吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角側に戻す制御を行う。
【００９０】
具体的には、ＥＣＵ２００は、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１より高く設定された第２目標回転数Ｎｔ２を超えたときに、ＶＶＴ４０により吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角させる遅角制御を開始するように構成されている。このように、ＥＣＵ２００は、アイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２を超えた場合に初めて遅角制御を開始することから、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２付近で増減した場合にも、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下となる可能性が低い。よって、進角制御と遅角制御とが繰り返されるのを抑えることができ、これにより、アイドル回転数Ｎｅが復帰する際に、ハンチングが起きるのを抑制することができる。
【００９１】
次いで、本実施形態に係る進角制御および遅角制御の一例を、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、ステップＳＴＢ１〜ステップＳＴＢ６は、上記実施形態１におけるステップＳＴＡ１〜ステップＳＴＡ６と全く同じ工程なので、説明を省略する。
【００９２】
ステップＳＢ７では、ＥＣＵ２００が、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２を超えたか否かを判定する。このステップＳＢ７の判定がＮＯの場合、すなわち、進角制御後のアイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２以下ではある場合には、アイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２を超えるまで、この判定を繰り返す。一方、ステップＳＢ７の判定がＹＥＳの場合、すなわち、アイドル回転数Ｎｅが第２目標回転数Ｎｔ２を超えている場合には、アイドル回転数Ｎｅが第１目標回転数Ｎｔ１以下となることによって進角制御と遅角制御とが繰り返される可能性が低いことから、ステップＳＢ８に進み、吸気バルブ１３の開閉タイミングを遅角させた後、リターンする。
【００９３】
（その他の実施形態）
本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。
【００９４】
上記各実施形態では、急低下パラメータを、第１目標回転数Ｎｔ１に対するアイドル回転数の低下量ΔＮ、及び、アイドル回転数の低下率ΔＩとしたが、これに限らず、例えば、第１目標回転数Ｎｔ１に対するアイドル回転数の低下量ΔＮ、又は、アイドル回転数の低下率ΔＩとしてもよい。
【００９５】
また、上記各実施形態では、アイドル回転数Ｎｅが所定の第１目標回転数Ｎｔ１以下で、且つ、急低下パラメータの値が所定の閾値以上の場合には、開度調整制御に代えて進角制御を行うようにしたが、これに限らず、進角制御と開度調整制御とを併用するようにしてもよい。
【００９６】
さらに、上記各実施形態では、アイドル回転数Ｎｅの急低下パラメータの値が大きいほど、進角制御における進角量を大きく設定するようにしたが、これに限らず、急低下パラメータの値とは無関係に、吸気バルブ１３の開閉タイミングを一定の進角量だけ進角させるようにしてもよい。
【００９７】
また、上記各実施形態では、スロットルバルブ５とＶＶＴ４０とを備えるエンジン１に本発明を適用したが、これに限らず、例えば、スロットルバルブ５を用いずに、リフト量と作用角とを制御する機構をＶＶＴ４０に組み合わせた可変動弁機構により吸入空気量を制御する所謂スロットルレスタイプのエンジンに本発明を適用してもよい。
【００９８】
さらに、上記各実施形態では、本発明を４気筒エンジンに適用したが、これに限らず、例えば６気筒エンジン等の任意の気筒数のエンジンに本発明を適用してもよいし、また、直列多気筒エンジンの他、Ｖ型多気筒エンジンに本発明を適用してもよい。
【００９９】
このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によると、モータを駆動源とする可変バルブタイミング機構を用いて、吸気バルブの開閉タイミングを進角させて、迅速に充填効率を高めてトルクアップを図ることにより、アイドル回転数の急低下によるエンストの発生を確実に回避することができるので、モータ利用型可変バルブタイミング機構を備える内燃機関の制御装置に適用して極めて有益である。
【符号の説明】
【０１０１】
１        エンジン（内燃機関）
１ｄ      燃焼室
５        スロットルバルブ
１１      吸気通路
１３      吸気バルブ
４０    ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）
４２    電動モータ
２００  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2014098368.tif 000003
【図２】
2014098368.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014098368.tif 000006
【図５】
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【図６】
2014098368.tif 000008
【図７】
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