(57)【要約】【課題】電動機を用いる可変動弁機構を備える内燃機関において、電動機の過剰な発熱を抑制する技術を提供する。【解決手段】電動機２２１を備えるアクチュエータ２２０を用いて動弁特性を変更するエンジン１００を駆動する際には、まず、電動機２２１における過熱判断を読み込む（ステップＳ２００）。電動機２２１が過熱状態であるか否かは、所定期間内に電動機２２１に流れる電流値等に基づいて判断される。過熱状態であると判断されると、動弁特性を所定の状態に固定して（ステップＳ２２０）、このような運転モードに対応するスロットル制御を行なう（ステップＳ２３０）。過熱状態ではないと判断されると、動弁特性の変更を伴う通常制御を行なう（ステップＳ２４０）。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を制御するための制御装置であって、
電動機を備え、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の弁の動弁特性を、前記電動機を用いて変更する動弁特性変更部と、
前記電動機の過熱状態に関する情報を取得する過熱状態検出部と、
前記弁の開閉制御を行なう制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態に応じて動弁特性変更部を駆動して前記動弁特性を変更する第１のモードと、
前記電動機が過熱に至る状態であると判断されたときに、前記動弁特性を所定の状態に固定する第２のモードと
を有する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
前記電動機の環境温度に関する情報を取得する環境温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記環境温度検出部が取得した前記情報に応じて、前記過熱に至る状態であるか否かの判定条件を変更する
内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置であって、
前記過熱状態検出部は、前記電動機の回転速度に基づいて、前記電動機の過熱状態に関する情報を取得する
内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置であって、
前記過熱状態検出部は、所定時間内に前記電動機に供給された電流量に基づいて、前記電動機の過熱状態に関する情報を取得する
内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の制御装置であって、
前記運転状態は、前記内燃機関に対する負荷要求に対応した動力を出力する運転状態であり、
前記第１のモードは、前記運転状態に応じた所望の吸入空気量が実現されるように、前記負荷要求に応じて前記電動機を駆動して前記動弁特性を変更する
内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の制御装置であって、
前記動弁特性変更部は、前記動弁特性として、前記弁の開閉時期および／または開弁量を変更することで、吸入空気量を変更する
内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の制御装置であって、
前記弁の動きとは独立して、前記内燃機関における吸入空気量を調節する吸入空気量調節部を、さらに備え、
前記制御部は、所望の吸入空気量が得られるように、前記第１のモードでは前記吸入空気量調節部の調節量と前記動弁特性とを設定し、前記第２のモードでは前記空気量調節部の調節量を前記第１のモードとは異なる値に設定する
内燃機関の制御装置。
【請求項８】
内燃機関の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の弁において、開閉時期と開弁量との組み合わせとして定まる動弁特性を変更するための動力を、出力する電動機の温度に関する情報を取得する工程と、
（ｂ）前記電動機を駆動して前記動弁特性を変更しつつ、前記弁の開閉制御を行なう工程と、
（ｃ）前記電動機の温度が所定の温度以上であると判断されたときに、前記（ｂ）工程を終了して前記動弁特性を所定の状態に固定し、前記弁の開閉制御を行なう工程と
を備える内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可変動弁機構を有する内燃機関の制御装置、および内燃機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関における吸気量を制御するために、電動機を用いる技術が知られている。このように吸気量制御のために電動機を用いる技術の一つとして、内燃機関の吸気流路中に設けたスロットルバルブを、電動機によって駆動する技術がある。
【０００３】
電動機を用いる際には、電動機の動作に伴って電動機が発熱する可能性があるので、電動機の過熱を防止するための構成が検討されている。例えば、特許文献１には、１−２相励磁のステップモータを用いてスロットルバルブを駆動する際に、モータ停止時には１相励磁とすることで使用電流を低減し、モータ制御装置の発熱を抑える構成が開示されている。また、特許文献２には、電動機を用いたスロットル制御装置において、モータを収納するケーシングの周囲の隙間に、高熱伝導度を有する材料からなる充填材を充填して、モータの放熱を促進する構成が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−１６８２９４号公報
【特許文献２】
特開平１０−１３１７７３号公報
【特許文献３】
特開平１１−１３２０６２号公報
【特許文献４】
特開平９−１４９０８号公報
【特許文献５】
実開平４−１１６６４２号公報
【特許文献６】
特開平５−１５１７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関における吸気量を制御するために電動機を用いる技術としては、内燃機関の吸気弁および／または排気弁の開閉制御のために電動機を用いる技術が、さらに知られている。すなわち、吸気弁および／または排気弁の開閉動作の状態を変更可能な、いわゆる可変動弁機構を有する内燃機関において、上記可変動弁機構を実現するために電動機を用いる構成が知られている。このような場合にも、電動機の動作に伴って電動機が過熱状態となり、不都合を生じる可能性がある。しかしながら、吸気弁および／または排気弁の開閉制御のために電動機を用いる場合には、電動機の過熱抑制のための構成は充分に検討されておらず、電動機の過熱を抑えるための技術が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電動機を用いる可変動弁機構を備える内燃機関において、電動機の過剰な発熱を抑制する技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関を制御するための制御装置であって、
電動機を備え、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の弁の動弁特性を、前記電動機を用いて変更する動弁特性変更部と、
前記電動機の過熱状態に関する情報を取得する過熱状態検出部と、
前記弁の開閉制御を行なう制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態に応じて動弁特性変更部を駆動して前記動弁特性を変更する第１のモードと、
前記電動機が過熱に至る状態であると判断されたときに、前記動弁特性を所定の状態に固定する第２のモードと
を有することを要旨とする。
【０００８】
以上のように構成された本発明の内燃機関の制御装置によれば、電動機が過熱に至る状態であると判断されたときには、動弁特性を所定の状態に固定して弁の開閉制御を行なうため、動弁特性を変更するために電動機が駆動されてそれ以上高温となるのを防ぐことができる。したがって、電動機が高温になることに起因して電動機の性能が低下するのを防止することができる。
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置において、
前記電動機の環境温度に関する情報を取得する環境温度検出部をさらに備え、
前記制御部は、前記環境温度検出部が取得した前記情報に応じて、前記過熱に至る状態であるか否かの判定条件を変更することとしても良い。
【００１０】
電動機が設けられた環境温度によって電動機の昇温状態（昇温速度や昇温の程度）は変わるため、過熱に至る状態であるか否かの判断条件を環境温度に基づいて変更することで、動弁特性を固定する動作を不必要に行なってしまうのを防ぐことができる。動弁特性を固定して弁の開閉制御を行なう場合には、内燃機関の運転効率が低下する場合が考えられるが、動弁特性の固定を不必要に行なわないことで、内燃機関の運転効率の低下を抑えることができる。特に、電動機が過熱に至る状態であるか否かを、電動機の動作状況（入力や出力の状態）に基づいて類推して判断する場合には、動弁特性を固定する動作を無駄に行なってしまうのを防止する効果が高くなる。なお、環境温度とは、例えば、発生した熱を電動機に伝える内燃機関の温度とすることができる。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記過熱状態検出部は、前記電動機の回転速度に基づいて、前記電動機の過熱状態に関する情報を取得することとしても良い。あるいは、本発明の内燃機関の制御装置において、前記過熱状態検出部は、所定時間内に前記電動機に供給された電流量に基づいて、前記電動機の過熱状態に関する情報を取得することとしても良い。このような構成とすれば、電動機の温度を直接検出する温度センサを設けることなく電動機の過熱状態を判断することができ、構成を簡素化することができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の制御装置において、
前記運転状態は、前記内燃機関に対する負荷要求に対応した動力を出力する運転状態であり、
前記第１のモードは、前記運転状態に応じた所望の吸入空気量が実現されるように、前記負荷要求に応じて前記電動機を駆動して前記動弁特性を変更することとしても良い。
【００１３】
このような構成とすれば、負荷要求の変動が大きいときには、その変動に応じて電動機が駆動されるため、電動機はより発熱しやすくなるが、上記第２のモードを採用することで、電動機が過熱状態となるのを防止することができる。
【００１４】
また、本発明の内燃機関の制御装置において、
前記動弁特性変更部は、前記動弁特性として、前記弁の開閉時期および／または開弁量を変更することで、吸入空気量を変更することとしても良い。
【００１５】
このような構成とすれば、弁の開閉時期および／または開弁量である動弁特性を変更することで、所望の吸入空気量を実現することができる。
【００１６】
本発明の内燃機関の制御装置において、
前記弁の動きとは独立して、前記内燃機関における吸入空気量を調節する吸入空気量調節部を、さらに備え、
前記制御部は、所望の吸入空気量が得られるように、前記第１のモードでは前記吸入空気量調節部の調節量と前記動弁特性とを設定し、前記第２のモードでは前記空気量調節部の調節量を前記第１のモードとは異なる値に設定することとしても良い。
【００１７】
これにより、制御部が第１のモードにより弁の開閉制御を行なうときには、動弁特性を変更する動作と、吸入空気量調節部の動作の両方により、所望の吸入空気量が得られるように調節されるため、内燃機関の運転効率をより高めることが可能となる。また、制御部が第２のモードにより弁の開閉制御を行なうときには、吸入空気量調節部の調節量を第１のモードとは異なる値に設定して吸入空気量を調節することで、所望の出力を確保可能となる。上記吸入空気量調節部としては、例えば、上記内燃機関として通常のガソリンエンジンを用いる車両におけるスロットルバルブを挙げることができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、可変動弁機構を有する内燃機関や、内燃機関の制御方法などの形態で実現することが可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．可変動弁機構の構成：
Ｃ．モータ発熱時の制御：
Ｄ．第２実施例：
Ｅ．変形例：
【００２０】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の好適な一実施例としての、ガソリンエンジン１００およびその制御装置の構成を表わす説明図である。本実施例のエンジン１００は、車両の駆動用動力源として車両に搭載されている。
【００２１】
図１に示すように、エンジン１００は、ガソリンと空気の混合気を導くための吸気マニホールド１１０と、導かれた混合機を燃料室内に吸入するための吸気弁１５３と、点火プラグ１０２と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気弁１２２と、燃焼室から排出された排気ガスを導くための排気マニホールド１２０とを備えている。なお、図１のエンジン１００では、ガソリンは吸気弁１５３よりも上流の吸気マニホールド１１０内に噴射されて、燃焼室内には混合気が吸入されることとしたが、燃焼室内に開口するインジェクタを設け、燃焼室内にガソリンを直接噴射することとしても良い。
【００２２】
吸気マニホールド１１０内には、燃焼室に流入する混合気の流量を調整するためのスロットルバルブ１１１が設けられている。このスロットルバルブ１１１は、スロットルモータ１１２によって開閉駆動され、エンジン１００において所望の吸入空気量が実現される。また、スロットルモータ１１２と共にスロットルポジションセンサ１１３が設けられており、このスロットルポジションセンサ１１３によって、スロットル開度が検出される。さらに、吸気マニホールド１１０には、スロットルバルブ１１１をバイパスして燃焼室に混合気を導くバイパス管１３０が設けられている。バイパス管１３０には、バイパス管１３０を通過する混合気を調節するためのバルブ１３０Ｖが設けられている。アイドリング時にスロットルバルブ１１１が閉状態となるときには、このバイパス管１３０を介して、アイドリング運転に必要な混合気が燃焼室内に導かれ、このときの混合気の流量はバルブ１３０Ｖによって制御される。
【００２３】
排気マニホールド１２０は、触媒コンバータ１２４に接続されている。触媒コンバータ１２４は、エンジン１００から排出される排ガスを浄化するための触媒（三元触媒）を備えており、この触媒の働きによって触媒コンバータ１２４で浄化された排ガスは、大気中に排出される。
【００２４】
ピストン１４０は、クランク機構を介してクランクシャフト（図示せず）に接続されている。そして、クランク機構の働きによって、クランクシャフトの回転運動がピストン１４０の往復直線運動へ変換され、あるいは逆に、往復直線運動が回転運動に変換される。すなわち、排気弁１２２を閉じ、吸気弁１５３を開いた状態でピストン１４０が下降すると、吸気マニホールド１１０内の混合気が、吸気弁１５３から燃焼室内に流入する。次いで吸気弁１５３を閉じてピストン１４０を上昇させ、吸入した混合気を圧縮した後、点火プラグ１０２から火花を飛ばすと、ピストン１４０によって圧縮された混合気が爆発的に燃焼して、ピストン１４０を下方に押し下げる。この力はクランク機構によって回転運動に変換されて、クランクシャフトから動力として出力される。クランクシャフトの先端には、クランクシャフトの回転位置を検出するためのクランク角度センサ１０８が設けられている。
【００２５】
このように、エンジン１００への吸気および排気の行程は、吸気弁１５３と排気弁１２２の開閉状態によって切り替えられる。吸気弁１５３には、その開閉タイミングを調節するための可変動弁機構２００が設けられている。可変動弁機構２００は、吸気弁１５３が開弁する際に持ち上がる距離であるリフト量の大きさ（バルブリフト量）と、バルブの開弁期間（作用角）とを変更することができる。可変動弁機構２００については、後に詳しく説明する。
【００２６】
電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１０は、燃料噴射制御や、点火時期制御、あるいはアイドル回転速度制御を始めとして、エンジン１００の全体の動作に関わる制御を行なう。このＥＣＵ１０は、中央処理装置（以下、ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路などがバスによって相互に接続されて構成された論理演算回路である。
【００２７】
ＥＣＵ４０によるこうした制御は、運転者の操作したアクセル開度や、エンジンの回転速度、吸入空気量などの各種運転条件をＥＣＵ４０が検出し、ＲＯＭに格納されている各種プログラムに従って、スロットルモータ１１２、点火プラグ１０２、燃料噴射用のインジェクタなどを駆動することによって行われる。アクセル開度は、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ１０９によって検出される。エンジン回転速度は、既述したクランクシャフトに設けられたクランク角度センサ１０８の検出信号に基づいて算出される。また、吸入空気量は、吸気マニホールド１１０内の圧力を検出するための吸気圧センサや、吸気マニホールド１１０内に配設されるエアフロメータ、あるいはスロットルポジションセンサの少なくとも一つを設けることによって、求めることができる。また、ＥＣＵ４０に信号を入力するその他のセンサとしては、エンジン水温を検出する水温センサ１０６と、車両の駆動軸に設けられた車速センサ（図示せず）とがさらに含まれている。
【００２８】
Ｂ．可変動弁機構の構成：
図２は、可変動弁機構２００の構造を示す説明図である。可変動弁機構２００は、回転するカム軸２１０と、カム軸２１０に固着されてカム軸と共に回転するカム２１１と、カム軸２１０を軸方向に駆動するアクチュエータ２２０と、カム軸２１０とアクチュエータ２２０とを接続するアタッチメント２１５とを備える。
【００２９】
アクチュエータ２２０は、出力軸２２６と、出力軸２２６を回転させる電動機２２１と、出力軸２２６の回転角度を計測するロータリエンコーダ２２２と、出力軸２２６の回転に応じてカム軸２１０の軸方向に移動するスライド部材２２３と、スライド部材２２３に対してアタッチメント２１５を回動自在に支持する軸受２２５とを備える。スライド部材２２３は、筒状を成し、内周には雌ねじが形成されている。また、出力軸２２６の外周には、上記雌ねじに対応する形状を有する雄ねじが形成されている。さらに、上記出力軸２２６の外周の雄ねじとスライド部材２２３の内周の雌ねじとの間には、両者の間の摩擦抵抗を軽減するための剛球２２４がはめ込まれている。そのため、電動機２２１によって出力軸２２６が回転することで、スライド部材２２３はカム軸２１０の軸方向に往復移動可能となる。スライド部材２２３の端部には、アタッチメント２１５を介してカム軸２１０の端部が挿入されており、このカム軸２１０は、軸受２２５によってスライド部材２２３に回動自在に支持されている。
【００３０】
電動機２２１は、車両が搭載する図示しないバッテリを電源としており、本実施例では、電流に比例または略比例したトルクを発生するＤＣモータを用いている。電動機２２１を駆動する際には、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）が行なわれ、ＥＣＵ１０からＰＷＭ指令値が電動機駆動部２２７に供給されると、電動機駆動部２２７が備えるトランジスタにより、電動機２２１に印可される電圧が所定の周波数でオン・オフ制御される。このようなオン・オフ制御によってデューティー比を調節することで、電動機２２１に実質的に印可される（平均）電圧が変化し、これに伴い電流が変化することで、電動機２２１の出力トルクが変化する。
【００３１】
図３は、カム２１１を備えるカム軸２１０の様子を表わす斜視図である。カム２１１は、吸気弁１５３の上部に配設されるバルブリフタ１５２を押圧しつつ、カム軸２１０の回転と共に回転し、吸気弁１５３を開閉させる。カム２１１は、その三次元形状により、カム軸２１０の軸方向への変位に応じてバルブリフト量が変更できるように形状が設定されている。
【００３２】
カム軸２１０は、アタッチメント２１５を介してアクチュエータ２２０が取り付けられた側とは異なる側の端部に設けられた図示しないタイミングプーリによって回転される。タイミングプーリには、既述したクランクシャフトに連結されたタイミングベルトが巻き付けられており、タイミングベルトを介してクランクシャフトの回転がタイミングプーリに伝えられることで、カム軸２１０が回転する。
【００３３】
図２に示すように、吸気弁１５３の端部が接続されるバルブリフタ１５２では、バルブスプリング１５１によって、吸気弁１５３が閉じ方向に付勢されている。一方、カム２１１は、バルブリフタ１５２上に配設されたカムフォロア１５６を介して、バルブリフタ１５２に押圧力を加える。バルブスプリング１５１が吸気弁１５３を閉じ方向に付勢する力を超える押圧力が加えられることで、吸気弁１５３が開弁する。なお、バルブリフタ１５２は、カム２１１との接触面に応じて、バルブリフタ１５２上で揺動する。このように吸気弁１５３の開閉を行なう際には、カム軸２１０が軸方向に変位することによって、カム２１１において吸気弁１５３の押し下げに関与する位置が変わり、吸気弁１５３における開方向への移動量であるバルブリフト量の大きさが変更される。
【００３４】
図４は、クランク角とバルブリフト量の関係を示す説明図である。図４に示すように、開閉時期と開弁量との組み合わせとして定まる動弁特性が、排気弁１２２では固定されているのに対して、吸気弁１５３では変動可能となっている。このような吸気弁１５３の動弁特性は、カム軸２１０（図２）の軸方向の位置に応じて連続的に変化する。具体的には、カム軸２１０がアクチュエータ２２０側に最も近づいたときに、バルブ全開時のバルブリフト量が最も小さくなる（図４において最小リフト時と表わす）。また、カム軸２１０がアクチュエータ２２０から最も遠ざかったときに、バルブ全開時のバルブリフト量が最も大きくなる（図４において最大リフト時と表わす）。なお、図４に示すように、最小リフト時には作用角も最小となり、最大リフト時には作用角も最大となる。
【００３５】
カム軸２１０の軸方向の位置は、電動機２２１が有する出力軸２２６（図２）の回転角度によって決定される。この回転角度は、既述したロータリエンコーダ２２２によって計測することができる。ロータリエンコーダ２２２を用いた角度の計測は、出力軸２２６が所定の回転角度毎に出力するパルスをカウントすることによってＥＣＵ１０（図１）が行なう。これにより、ＥＣＵ１０は、吸気弁１５３における現在の動弁特性を特定することができる。
【００３６】
図５は、ＥＣＵ１０において、吸気弁１５３の動弁特性およびスロットル開度を制御するために実行される通常制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、後述するように、電動機２２１において過熱が検出されているときを除いて、所定の間隔で実行される。以下に示すように、動弁特性の制御は、エンジン１００の回転速度やアクセル開度や車速に基づいて、出力軸２２の回転角度を制御することによって行なわれる。
【００３７】
本ルーチンが実行されると、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１０９と車速センサとからアクセル開度と車速とを読み込むと共に、クランク角度センサ１０８の検出信号に基づいて、エンジン回転速度を算出する（ステップＳ１００）。そして、上記アクセル開度および車速に基づいて、目標空気量を決定する（ステップＳ１１０）。ＥＣＵ１０は、図示しないメモリにおいて、アクセル開度および車速をパラメータとして目標空気量を決定するためのマップを備えており、ステップＳ１１０では、このマップを参照することにより目標空気量を決定する。
【００３８】
次に、ステップＳ１１０で決定した目標空気量と、ステップＳ１００で算出したエンジン回転速度とに基づいて、設定すべき動弁特性の目標値として、出力軸２２６の回転角度（目標角度）を決定する（ステップＳ１２０）。ＥＣＵ１０の図示しないメモリは、目標空気量とエンジン回転速度とをパラメータとして出力軸２２６の回転角度を決定するためのマップをさらに備えており、ステップＳ１２０では、このマップを参照することにより目標角度を決定する。
【００３９】
これと共に、ステップＳ１１０で決定した目標空気量と、ステップＳ１００で算出したエンジン回転速度とに基づいて、目標スロットル開度を決定する（ステップＳ１３０）。ＥＣＵ１０の図示しないメモリは、目標空気量とエンジン回転速度とをパラメータとしてスロットル開度を決定するためのマップをさらに備えており、ステップＳ１２０では、このマップを参照することにより目標スロットル開度を決定する。
【００４０】
そして、ステップＳ１２０およびステップＳ１３０での決定に基づいて、動弁特性およびスロットル開度を変更して（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。具体的には、ロータリエンコーダ２２２からのパルスをカウントすることによって計測される出力軸２２６の回転角度が上記目標角度となるように、電動機駆動部２２７（図２）に対して制御信号を出力する。これによって、電動機駆動部２２７は、上記制御信号に応じて電動機２２１に電圧を印可するため、カム軸２１０が軸方向に所定量移動して、吸気弁１５３の動弁特性が所望の状態へと変更される。また、スロットルポジションセンサ１１３が検出するスロットル開度が上記目標スロットル開度となるように、スロットルモータ１１２に対して制御信号を出力する。これらの動作によって、アクセル開度および車速（要求トルク、すなわち負荷要求）に応じた所望の吸入空気量が実現される。その際に、負荷要求に応じて燃料噴射量制御や点火時期制御が適宜行なわれることで、エンジン１００から、所望の動力が出力される。
【００４１】
本実施例では、動弁特性制御を出力軸２２６の回転角度に基づいて行なったが、既述したように、出力軸２２６の回転角度は、吸気弁１５３における作用角あるいはバルブ全開時のバルブリフト量と、一義的に対応している。吸気弁１５３の動弁特性を制御したときの、吸気弁１５３における作用角の大きさと、エンジン１００の回転速度およびアクセル開度との関係を、図６（Ａ）に示す。ここで、アクセル開度とは、トルク要求量と共に一工程当たりの吸入空気量を直接反映する値である。吸気弁１５３の作用角を制御することによって、単位時間当たりの吸入空気量を調節することができるが、一工程当たりの吸入空気量はエンジン回転速度の影響を受ける。そのため、本実施例における上記制御においては、吸気弁１５３の作用角は、アクセル開度とエンジン回転速度との両方をパラメータとして設定される値となる。
【００４２】
図６（Ｂ）は、上記のようにスロットル開度の制御を行なったときの、スロットル開度と、エンジン回転速度およびアクセル開度との関係を表わす説明図である。上記のように作用角を制御する際には、吸入空気量を調節するために同時に制御するスロットル開度もまた、アクセル開度とエンジン回転速度との両方をパラメータとして設定される値となる。
【００４３】
Ｃ．モータ発熱時の制御：
図７は、ＥＣＵ１０において実行されるモータ過熱判断処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、エンジン１００の稼働中に所定の時間間隔毎にＥＣＵ１０において実行される。本ルーチンが起動されると、ＥＣＵ１０は、まず、電動機２２１に関する過熱判断の読み込みを行なう（ステップＳ２００）。本実施例のＥＣＵ１０では、上記モータ過熱判断処理ルーチンとは別に、図８に示す過熱判断処理ルーチンを実行することで、電動機２２１が過熱状態であるか否かを判断しており、ステップＳ２００では、この判断結果を読み込む。
【００４４】
ここで、電動機２２１が過熱状態であるか否かの判断のための動作について、図８に基づいて説明する。図８に示す過熱判断処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ１０は、電動機駆動部２２７が行なっているスイッチング制御に基づいて、電動機２２１におけるデューティー比を所定回数読み込む（ステップＳ３００）。そして、所定時間内での平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  を算出する（ステップＳ３１０）。平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  を算出する式を以下の（１）式に示す。上記平均デューティー比を算出する期間（デューティー比をｎ＋１回読み込む上記所定時間）は、電動機２２１の熱容量や効率を考慮して、電動機２２１の駆動量が特に大きい状態が続いたときに望ましくない程度に発熱するおそれのある時間範囲として、予め定められるものである。
ｄｕｔｙａｖｅ  ＝（｜ＤＵＴＹ（ｉ）｜＋｜ＤＵＴＹ（ｉ−１）｜＋…＋｜ＤＵＴＹ（ｉ−ｎ）｜）／（ｎ＋１）…（１）
【００４５】
所定時間内での平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  を算出すると、この平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  が、所定の基準値以上であるか否かを判断する（ステップＳ３２０）。この所定の基準値は、上記所定の時間内において望ましくない程度に発熱する可能性がある電流量に対応する値として、予め定めてＥＣＵ１０内のメモリに記憶したものである。本実施例では、例えば７０％に設定している。ステップＳ３２０において、平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  が所定の基準値以上であると判断されたときには、電動機２２１は過熱に至る状態であると判断して（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ３２０において、平均デューティー比ｄｕｔｙａｖｅ  が所定の基準値未満であると判断されたときには、電動機２２１は過熱に至る状態ではないと判断して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。なお、このように電動機２２１が過熱状態となる状況としては、本実施例の車両において、例えばアクセルの急連続動作が行なわれることで、動弁特性が急激に変更される状態が続き、電動機２２１が急動作を繰り返した場合などが考えられる。
【００４６】
図７のモータ過熱時処理ルーチンに戻り、ステップＳ２００では、上記過熱判断処理ルーチンにおける最新の判断結果を参照する。そして、ステップＳ２１０において、上記参照結果に基づいて電動機２２１が過熱に至る状態であると判断したときには、吸気弁１５３における動弁特性を所定の状態に固定する（ステップＳ２２０）。本実施例では、上記所定の状態として、吸気弁１５３の作用角およびバルブ全開時のバルブリフト量が最大となる状態に固定している。すなわち、カム軸２１０がアクチュエータ２２０から最も遠くに位置するように電動機２２１を駆動して、その後はカム軸２１０を移動する動作を停止する。
【００４７】
そして、過熱時スロットル制御を実行して（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。過熱時スロットル制御では、アクセル開度に基づいてスロットル開度が制御される。過熱時スロットル制御を行なう際に参照されるマップを図９に示す。可変動弁機構を用いて作用角を制御する場合とは異なり、動弁特性を固定する場合には、吸入空気量においてエンジン回転速度の影響を考慮する必要がないため、ステップＳ２３０では、アクセル開度だけに基づいてスロットル開度の制御を行なう。
【００４８】
ステップＳ２１０において、電動機２２１が過熱に至る状態ではないと判断したときには、図５に示した通常制御処理ルーチンに移行して（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００４９】
以上のように構成されたエンジン１００の制御装置によれば、可変動弁機構２００を構成する電動機２２１において過熱に至る状態であると判断されるときには、動弁特性を所定の状態に固定するため、動弁特性を変更するために電動機２２１が駆動されることに起因して電動機２２１がそれ以上高温となるのを防ぐことができる。電動機２２１が望ましくない程度に高温になると、電動機２２１が備える永久磁石が減磁して、電動機２２１の出力トルクが低下してしまう場合があるが、本実施例によれば、望ましくない過熱状態に至る前に電動機２２１の駆動が停止されるため、このような不都合を防止することができる。さらに、電動機２２１の過熱が抑えられることで、電動機駆動部２２７の過熱も抑えられ、電動機２２１の駆動回路において高温に起因する問題が生じるのを防止することもできる。このように、本実施例によれば、通常は可変動弁機構２００を動作させることで、高い効率でエンジン１００を運転することができる。また、電動機が過熱に至る状態であると判断されるときには、動弁特性を固定してスロットルバルブ１１１により吸入空気量を制御することで、支障なく継続して所望の運転状態を実現することができる。
【００５０】
Ｄ．第２実施例：
上記実施例のように、電動機２２１が過熱に至る状態であるか否かの判断をデューティー比に基づいて行なうのは、電動機２２１に流れる電流量に基づいて過熱状態を判断する一形態ということができる。電流量に基づくとは、電動機２２１に対するエネルギの入力量に基づいて、電動機２２１における発熱量（熱として失われるエネルギ量）を類推しているということができる。これに対して、電動機２２１からの出力量に基づいて、電動機２２１における発熱量を類推することもできる。例えば、電動機２２１の回転数に基づいて電動機２２１が過熱に至る状態であるか否かを判断することができる。以下に、第２実施例として、電動機の回転数に基づいて発熱量を類推する構成について説明する。
【００５１】
第２実施例のエンジンおよびその制御装置は、第１実施例と同様の構成を有しており、以下の説明では同じ参照番号を用いて詳しい説明は省略する。第２実施例では、図７のモータ過熱時処理ルーチンと同様の処理を実行する際に、ステップＳ２００において電動機２２１の過熱状態の判断結果を読み込む際に、図１０に示した過熱判断処理ルーチンにおける判断結果を参照する。
【００５２】
図１０に示した過熱判断処理ルーチンは、図８に示した第１実施例の過熱判断処理ルーチンに代えてＥＣＵ１０において実行される。本ルーチンが実行されると、ＥＣＵ１０は、ロータリエンコーダ２２２の検出信号を取得する（ステップＳ４００）。そして、ロータリエンコーダの検出信号に基づいて、電動機２２１の出力軸２２６における単位時間当たりの回転角度の変位量を算出し（ステップＳ４１０）、これに基づいてさらに電動機２２１の回転数ＮＭＴＲを算出する（ステップＳ４２０）。その後、所定時間内での電動機２２１の平均回転数ｎｍｔａｖｅを算出する（ステップＳ４３０）。平均回転数ｎｍｔａｖｅを算出する式を以下の（２）式に示す。上記平均回転数を算出する期間（電動機２２１の回転数をｎ＋１回算出するためにロータリエンコーダの検出信号を読み込む上記所定時間）は、電動機２２１の熱容量や効率を考慮して、電動機２２１の駆動量が特に大きい状態が続いたときに望ましくない程度に発熱するおそれのある時間範囲として、予め定められるものである。
ｎｍｔａｖｅ  ＝（ＮＭＴＲ（ｉ）＋ＮＭＴＲ（ｉ−１）＋…＋ＮＭＴＲ（ｉ−ｎ））／（ｎ＋１）  …（２）
【００５３】
所定時間内での平均回転数ｎｍｔａｖｅを算出すると、この平均回転数ｎｍｔａｖｅが、所定の基準値以上であるか否かを判断する（ステップＳ４４０）。この所定の基準値は、上記所定の時間内において電動機２２１が望ましくない程度に発熱する可能性がある平均回転数として、予め定めてＥＣＵ１０内のメモリに記憶したものである。本実施例では、例えば３０ｒｐｍに設定している。ステップＳ４４０において、平均回転数ｎｍｔａｖｅが所定の基準値以上であると判断されたときには、電動機２２１は過熱に至る状態にあると判断して（ステップＳ４５０）、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ４４０において、平均回転数ｎｍｔａｖｅが所定の基準値未満であると判断されたときには、電動機２２１は過熱に至る状態ではないと判断して（ステップＳ４６０）、本ルーチンを終了する。
【００５４】
このような第２実施例によっても、第１実施例と同様の効果を得ることができる。なお、電動機２２１からの出力に基づいて電動機２２１における発熱量を類推する構成としては、上記のようにロータリエンコーダ２２２の検出信号を用いる代わりに、カム軸２１０における軸方向のシフト量を検出することとしても良い。出力軸２２６の回転角度やカム軸２１０の位置は、既述したように、吸気弁１５３における作用角や、バルブ全開時のバルブリフト量と一義的に対応している。したがって、出力軸２２６の回転角度の変位量や、カム軸２１０のシフト量などの値を用いることで、電動機２２１の所定時間内での平均回転速度を算出し、電動機２２１の発熱量を類推することができる。
【００５５】
上記実施例のように、電動機２２１への入力量や出力量に基づいて発熱量を類推することで、温度センサ等を設けて電動機２２１の温度を直接検出することなく、過熱に至る状態であるか否かを判断可能となるため、構成を簡素化できる。ただし、電動機２２１に温度センサを設け、電動機２２１の温度を直接検出することによって過熱状態を判断することとしても良い。この場合には、電動機２２１が望ましくない過熱状態となる温度よりも低く基準温度を設定し、この基準温度と検出温度との比較を行なえば、電動機２２１が過熱に至る状態であるか否かを的確に判断することができる。
【００５６】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５７】
Ｅ１．変形例１：
電動機２２１の過熱状態を判断するための基準値は、電動機２２１が配設される環境温度に関する情報に基づいて変更することとしても良い。環境温度が低いときには、電動機２２１からの放熱量が増えて電動機２２１の昇温が抑えられるため、基準値をより高く（デューティー比をより高く、あるいは回転数をより高く）することができる。環境温度に関する情報としては、例えば、電動機に熱を伝えるエンジンの温度を反映するエンジン水温を用いることができる。第１実施例において、過熱判断に用いる平均デューティー比の基準値を、エンジン水温に応じて変更する様子を図１１に示す。このようにすれば、環境温度が低いときには、動弁特性を固定する動作を不必要に行なってしまうのを防止することができる。動弁特性を固定して、スロットル開度の調節だけにより吸入空気量を制御する場合には、可変動弁機構を動作させて吸入空気量を最適値に制御する場合に比べてエンジンの運転効率が低下してしまう可能性があるが、動弁特性の固定を不必要に行なわないことで、エンジンの運転効率の低下を抑えることができる。
【００５８】
Ｅ２．変形例２：
アクチュエータ２２０において、出力軸２２６に対して、電動機の回転を、ギアを介して間接的に伝える構成も可能である。例えば、出力軸２２６にヘリカルギアを固着させ、電動機の回転をウォームギアおよびヘリカルギアを介して出力軸２２６に伝えることとしても良い。このような構成とすれば、カム軸２１０の移動を行なわないときには電動機はトルクを出す必要がないため、装置全体のエネルギ効率を向上させ、電動機の発熱をより抑えることができる。すなわち、図２の構成では、バルブスプリング１５１の反力Ｆｎのカム軸２１０方向の成分Ｆａｘｉｓ（図２参照）が働くことにより、カム軸２１０を静止させるときには、この力に対抗するためのトルクを電動機２２１が出力する必要がある。これに対して、ウォームギアを介する構成とする場合には、このような出力は不要となる。
【００５９】
Ｅ３．変形例３：
既述した実施例では、電動機２２１が過熱状態であると判断したときには、動弁特性を、吸気弁１５３の作用角およびバルブ全開時のバルブリフト量が最大となる状態に固定したが、異なる状態に固定する構成としても良い。所定の動弁特性に固定することで、電動機２２１の過熱を抑える同様の効果を得ることができる。吸気弁１５３の作用角が最大、あるいは、これに近い状態に固定する場合には、電動機２２１が過熱状態となっているときでも、充分な出力を確保することができる。あるいは、アイドリング時（アクセル全閉時）には、吸気弁１５３の作用角が最小、あるいはこれに近い状態に固定することとしても良い。
【００６０】
Ｅ４．変形例４：
上記実施例では、吸気弁１５３において可変動弁機構２００を設けたが、可変動弁機構を設けること及び電動機過熱時の対応の動作は、排気弁１２２にも適用可能である。排気弁に可変動弁機構を設けることによっても、吸入空気量を調節することができる。排気弁１２２に可変動弁機構を設ける場合にも、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じて動弁特性の制御を行なうと共に、電動機が過熱状態となったときには、動弁特性を所定の状態に固定すればよい。
【００６１】
Ｅ５．変形例５：
既述した実施例では、その三次元形状によりバルブリフト量が変更できるように形成されたカム２１１を用いて、バルブリフト量と作用角とを変更しているが、異なる構成を用いてバルブリフト量や作用角を変更することとしても良い。例えば、本願出願人により開示された特開２００１−２６３０１５公報に記載された構成を用いることとしても良い。ここでは、クランクシャフトに駆動されるカム軸が備えるカムの動きが、仲介駆動機構を介して弁に伝えられ、弁を開閉する。この仲介駆動機構は、上記カムによって直接駆動される入力部と、弁を直接駆動する揺動カムとを備えており、入力部の動きが揺動カムに伝えられることによって弁の開閉が行なわれる。そして、入力部の動きを揺動カムに伝える際に、所定のリフト量可変アクチュエータを用いて、入力部と揺動カムとの位置関係を変更することによって、バルブリフト量と作用角とを変更可能としている。上記公報の構成では、上記リフト量可変アクチュエータはオイルコントロールバルブを用いて駆動されているが、オイルコントロールバルブに代えて電動機を用いる構成とすれば、本発明を適用することができる。
【００６２】
Ｅ６．変形例６：
弁の開閉時期と開弁量との組み合わせによって定まる動弁特性は、バルブリフト量と作用角と開弁期間の位相（開弁期間の位置であり、バルブ全開時のクランク角度の変化を伴う）の組み合わせとして把握することができる。既述した実施例における可変動弁機構では、バルブリフト量と作用角とを変更可能にしたが、さらに開弁期間の位相を同時に、あるいは独立して変更可能となるように可変動弁機構を構成しても良い。
【００６３】
バルブリフト量と作用角に加えて、さらに開弁期間の位相も変更することができる構成としては、例えば、本願出願人により開示された既述した特開２００１−２６３０１５公報に記載されたものを利用することができる。ここでは、所定の回転位相差可変アクチュエータを用いて、上記入力部の相対的な位置を変更することによって、開弁期間の位相を変更可能としている。上記公報の構成では、上記回転位相差可変アクチュエータはオイルコントロールバルブを用いて駆動されているが、オイルコントロールバルブに代えて電動機を用いる構成とすれば、本発明を適用することができる。
【００６４】
このように、可変動弁機構としては、バルブリフト量と作用角と開弁期間の位相の少なくともいずれかを変更可能であればよい。すなわち、弁の開閉時期のみ変更可能なもの、あるいは開弁量のみ変更可能なもの、あるいは弁の開閉時期と開弁量の両方を変更可能なもの、のいずれの可変動弁機構を備えるものとすることができる。吸気弁と排気弁の少なくとも一方において、電動機が出力する動力を用いて動弁特性を変更する動弁特性変更部としての可変動弁機構を有するならば、本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な一実施例としての、内燃機関およびその制御装置の構成を表わす説明図である。
【図２】可変動弁機構２００の構造を示す説明図である。
【図３】カム２１１を備えるカム軸２１０の様子を表わす斜視図である。
【図４】クランク角とバルブリフト量の関係を示す説明図である。
【図５】動弁特性およびスロットル開度の制御のために実行される通常制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図６】作用角あるいはスロットル開度と、エンジン回転速度およびアクセル開度との関係を示す説明図である。
【図７】モータ過熱時処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図８】過熱判断処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図９】過熱時スロットル制御を行なう際に参照されるマップを示す説明図である。
【図１０】過熱判断処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図１１】過熱判断に用いる平均デューティー比の基準値を、エンジン水温に応じて変更する様子を表わす説明図である。
【符号の説明】
１０…ＥＣＵ
２２…出力軸
４０…ＥＣＵ
１００…エンジン
１０２…点火プラグ
１０６…水温センサ
１０８…クランク角度センサ
１０９…アクセル開度センサ
１１０…吸気マニホールド
１１１…スロットルバルブ
１１２…スロットルモータ
１１３…スロットルポジションセンサ
１２０…排気マニホールド
１２２…排気弁
１２４…触媒コンバータ
１３０…バイパス管
１３０Ｖ…バルブ
１４０…ピストン
１５１…バルブスプリング
１５２…バルブリフタ
１５３…吸気弁
１５６…カムフォロア
２００…可変動弁機構
２１０…カム軸
２１１…カム
２１５…アタッチメント
２２０…アクチュエータ
２２１…電動機
２２２…ロータリエンコーダ
２２３…スライド部材
２２４…剛球
２２５…軸受
２２６…出力軸
２２７…電動機駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004183591.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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