(57)【要約】【課題】スロットル弁開度及び吸気弁作用角の可変制御を通じ、極低負荷領域における機関運転に関し、信頼性及び燃費効率を両立して高めることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１は、吸気弁１９の作用角を可変にする吸気弁可変機構２１と、吸気通路４０に設けられたスロットル弁４３の開度を可変にするアクチュエータ４３ａとを備える。エンジン１の電子制御装置（ＥＣＵ）８０は、スロットル弁４３を駆動して吸気通路４０の上流側において空気の流路を絞り、吸気弁可変機構２１を駆動して吸気通路４０の下流側において空気の流路を開放することにより、ポンピングロスの作用を強める。そして、このポンピングロスの作用を機関トルクに対抗する力として利用し、エンジン回転数ＮＥを抑制する。【選択図】　図１
2004116385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータとを備えた内燃機関の制御装置において、
当該機関がアイドル状態にあることを認識するアイドル状態認識手段と、
当該機関がアイドル状態にあると認識される場合に、前記スロットル弁の開度が所定値以下となるように前記アクチュエータを制御し、且つ、前記吸気弁の作用角が所定値を上回るように前記可変動弁機構を制御することによって当該機関の回転数を抑制する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
当該機関の回転数を検出する機関回転数検出手段を備えて、
且つ、
前記制御手段は、前記検出される回転数が所定値を上回る場合には前記吸気弁の作用角が減少するように前記可変動弁機構を制御し、前記検出される回転数が前記所定値以下である場合には前記吸気弁の作用角が増大するように前記可変動弁機構を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変制御する機能とを備えた内燃機関を制御する方法であって、
当該機関がアイドル状態にある場合に、
前記スロットル弁の開度を所定値以下とし、前記吸気弁の作用角を所定値以上とすることによって当該機関の回転数を抑制することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項４】
吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変制御する機能とを備えた内燃機関を制御する方法であって、
前記吸気弁の作用角の増大によって増大する当該機関のポンピングロスにより、当該機関の回転数を目標値に保持することを特徴とす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】
本発明は、内燃機関に吸入される空気の量や圧力を制御する制御装置および制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸気弁の動作特性（例えば作用角）を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を任意に制御する機能とを備え、吸気弁の動作とスロットル弁の動作を様々に組み合わせることで、機関燃焼室に吸入される空気の質量流量（吸気量）や圧力（吸気圧）を制御することができる内燃機関が知られている（特許文献１を参照）。
【０００３】
このような内燃機関では、吸気量や吸気圧を所定値にするための制御因子として採用され得る吸気弁作用角およびスロットル弁開度の組み合わせが複数存在することになる。例えば、スロットル弁の開度を小さくする（絞る）制御と、吸気弁作用角を小さくする制御との何れを実行したとしても、吸気量が低下し、機関トルクは低下するようになる。しかしながら、スロットル弁開度を小さくすると（絞ると）ポンピングロスが大きくなるし、また、機関負荷が低い領域での吸気弁作用角の制御は機関トルクを不安定にしやすい等といった理由で、各制御が適用可能な条件は異なる。
【０００４】
上記公報に記載された内燃機関は、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、スロットル弁の開度を任意に制御する機能とを、機関負荷等によって決定づけられる機関の運転領域に応じて適宜使い分け、機関トルクの安定化やドライバビリティの向上を図るようにしている。例えば、機関の運転状態が低中負荷領域にある場合には、専ら吸気弁作用角の可変調整を通じて機関トルクの大きさを制御し、機関の運転状態が高負荷領域にある場合には、専らスロットル弁開度の可変調整を通じて機関トルクの大きさを制御する。また、アイドル時のように機関の運転状態が極低負荷領域にある場合、目標となる吸気量や機関回転数が、吸気弁作用角の可変調整を通じて制御できる範囲の下限値を下回る。このため、吸気弁作用角をその制御可能範囲の最小値に固定した上で、スロットル弁開度の制御を通じて機関回転数を微小な値に保持する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１１７７７７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５９３４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アイドル時には、機関回転数を低く、しかも安定させるのが好ましく、このような要求を満たすためには、一般には、スロットル弁開度をできるだけ小さくする（絞る）か、若しくは吸気弁作用角をできるだけ小さくすることにより、吸気量を微小な値に保持する必要がある。このため、スロットル弁開度や吸気弁作用角を可変制御するためのハードウエア構成に、高精度の動作性能が要求され、このことが製造コストの高沸を招いていた。またとくに、スロットル弁の表面や吸気通路内壁にはデポジットが付着しやすいため、スロットル弁の動作性能には経時変化が生じやすい。このような経時変化に起因し、アイドル時における吸気量や機関回転数の制御に関し、長期に亘って高い精度（信頼性）を保証することが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、スロットル弁開度及び吸気弁作用角の可変制御を通じ、極低負荷領域における機関運転に関し、信頼性及び燃費効率を両立して高めることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
また、他の目的は、スロットル弁開度及び吸気弁作用角の可変制御を通じ、極低負荷領域における機関運転に関し、信頼性及び燃費効率を両立して高めることのできる内燃機関の制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、（１）吸気弁の作用角を可変にする可変動弁機構と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にするアクチュエータとを備えた内燃機関の制御装置において、当該機関がアイドル状態にあることを認識するアイドル状態認識手段と、当該機関がアイドル状態にあると認識される場合に、前記スロットル弁の開度が所定値以下となるように前記アクチュエータを制御し、且つ、前記吸気弁の作用角が所定値を上回るように前記可変動弁機構を制御することによって当該機関の回転数を抑制する制御手段と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
ここで、アイドル状態とは、当該内燃機関に対するアクセル指示量が「０」である状態、若しくは内燃機関に対してほとんど発生トルクが要求されず当該機関が極低負荷の状態にあることを意味する。
【００１１】
一般に、内燃機関のアイドル状態にある場合、機関回転数を極力低く、且つ安定した状態に保持することが、燃費効率やドライバビリティを向上する上で好ましい。吸気弁の作用角を可変にする機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にする機能とを併せ備えた内燃機関では、吸気弁の作用角の調整と、スロットル弁の開度の調整とを通じて当該機関の燃焼室に流入する空気の量を制御することができる。このような内燃機関がアイドル状態にある場合、吸気弁作用角およびスロットル弁開度の何れか一方をハードウエアの動作限界が許容する限り小さくすることにより、吸気通路を通じて機関燃焼室に供給される空気の量を極力少なくすれば、機関燃焼によって発生するトルクを抑制し、機関回転数を低下させることができる。
【００１２】
このような原理に基づいて機関回転数を低下させる方法とは異なり、同構成では、スロットル弁が吸気通路の上流側において空気の流路を絞り、可変動弁機構が吸気通路の下流側において空気の流路を開放することにより、吸気圧を減少させ（負圧を増大させ）ポンピングロスの作用を強める。そして、このポンピングロスの作用を機関トルクに対抗する力として利用し、機関回転数を抑制する。このため、内燃機関に供給される空気の流路を絞るための機能を担うハードウエア（スロットル弁や吸気弁）の動作限界を越えて、アイドル状態における内燃機関の回転数をより低い数値に、しかも安定に保持することができる。この結果、アイドル状態における内燃機関に良好なドライバビリティを保証しつつ、燃費効率を向上することができる。
【００１３】
（２）また、当該機関の回転数を検出する機関回転数検出手段を備えて、且つ、前記制御手段は、前記検出される回転数が所定値を上回る場合には前記吸気弁の作用角が減少するように前記可変動弁機構を制御し、前記検出される回転数が前記所定値以下である場合には前記吸気弁の作用角が増大するように前記可変動弁機構を制御するのが好ましい。
【００１４】
例えば、内燃機関のスロットル弁開度を比較的小さな値に保ちつつ前記吸気弁作用角を変更すると、当該機関の回転数が所定値を上回る条件下では、前記吸気弁作用角が減少するほど燃焼室に供給される空気量（吸気量）が減少するため、この吸気量の減少に伴って機関トルクが減少する。よって、当該機関の回転数は低下する。
【００１５】
これとは反対に、当該機関の回転が前記所定値以下になると、前記吸気弁作用角が増大するほど燃焼室に供給される空気の圧力（吸気圧）が減少するため、この吸気圧の減少に伴ってポンピングロスが増大し、このポンピングロスの作用によって実質的な機関トルクが減少する。よって、この場合も当該機関の回転数は低下する。
【００１６】
すなわち、同構成によれば、吸気弁作用角の変更と、実質的な機関トルクの大きさとの間の関係を決定づけるパラメータである当該機関の回転数に基づき、吸気弁作用角を制御することにより、アイドル状態における当該機関の回転数を、より低い数値に安定して制御することができる。
【００１７】
なお、上記各構成に加え、当該機関の回転数が所定値を下回る場合には、前記吸気弁作用角の増大に伴い、当該機関の点火時期を遅角させる等して、燃焼状態の安定化を図る等の制御を併せて実行するのが好ましい。
【００１８】
（３）また、他の発明によれば、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変制御する機能とを備えた内燃機関を制御する方法であって、当該機関がアイドル状態にある場合に、前記スロットル弁の開度を所定値以下とし、前記吸気弁の作用角を所定値以上とすることによって当該機関の回転数を抑制することを要旨とする。
【００１９】
（４）また、他の発明は、吸気弁の作用角を可変制御する機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変制御する機能とを備えた内燃機関を制御する方法であって、前記吸気弁の作用角の増大によって増大する当該機関のポンピングロスにより、当該機関の回転数を目標値に保持することを要旨とする。
【００２０】
これらの制御方法によれば、スロットル弁開度の可変制御を通じ吸気通路の上流側において空気の流路を絞り、吸気弁作用角の可変制御を通じ吸気通路の下流側において空気の流路を開放することにより、吸気圧を減少させ（負圧を増大させ）ポンピングロスの作用を強める。そして、このポンピングロスの作用を機関トルクに対抗する力として利用し、機関回転数を抑制する。このため、内燃機関に供給される空気の流路を絞るための機能を担うハードウエア（スロットル弁や吸気弁）の動作限界を越えて、アイドル状態における内燃機関の回転数をより低い数値に、しかも安定に保持することができる。この結果、アイドル状態における内燃機関に良好なドライバビリティを保証しつつ、燃費効率を向上することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を、車載エンジンシステムに適用した第１の実施の形態について説明する。
【００２２】
〔エンジンシステムの基本構造及び機能〕
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンという）１は、複数のシリンダ（一本のシリンダのみ図示）を備え、吸入行程、圧縮行程、爆発行程及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るガソリンエンジンシステムである。
【００２３】
エンジン本体１０は、シリンダブロック１０ａとシリンダヘッド１０ｂとが閉じ合わされて構成され、その内部にシリンダ１１を形成する。シリンダ１１内には、ピストン１２が往復動可能に収容される。ピストン１２の頭頂面１２ａと、シリンダ１１の内壁と、シリンダヘッド１０ｂとに囲まれた空間は、燃焼室１３を形成する。ピストン１２に連結されたコンロッド１４は、シリンダ１１内におけるピストン１２の往復運動をエンジン１のクランクシャフト１５の回転運動に変換する。
【００２４】
また、シリンダヘッド１０ｂには点火プラグ１６が設けられている。点火プラグ１６は、イグナイタ１７を介して適宜のタイミングで通電され、燃焼室１３内に充填される燃料及び空気の混合気に点火する。また同じく、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３内に直接その噴孔を臨ませる燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧され、蓄圧室（図示略）に蓄えられた加圧燃料を、燃焼室１３内に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００２５】
また、シリンダヘッド１０ｂには、燃焼室１３に連通し吸気通路４０の最下流部位をなす吸気ポート４１と、同じく燃焼室１３に連通し排気通路５０の最上流部位をなす排気ポート５１とが形成され、さらに、吸気ポート４１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する吸気弁１９や、排気ポート５１と燃焼室１３との境界を開放・閉塞する排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁可変機構２１によって開閉駆動される。軸部材１９ａの先端に弁体１９ｂを備えて構成される吸気弁１９は、基本的にはクランクシャフト１５の回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。吸気弁可変機構（可変動弁機構）２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。また、排気弁２０は、吸気弁１９と同じく軸部材２０ａの先端に弁体２０ｂを備え、その軸部材２０ａの後端を、クランクシャフト１５の回転に連動して回転する排気カム２２に当接させている。排気弁２０は、排気カム２２によって駆動され、クランクシャフト１５の回転と正確に同期した往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。
【００２６】
吸気通路は、外部から燃焼室内に吸入される空気（吸気）の通路である。吸気通路には、吸気の流路上流から下流にかけて、エアクリーナ４２、スロットル弁４３、サージタンク４４等が順次設けられている。エアクリーナ４２は、吸気通路４０に取り込まれる空気中の塵や埃を取り除くフィルタである。スロットル弁４３は、ステップモータ等を備えたアクチュエータ４３ａによってその開度が無段階に調節される電子制御式の開閉弁である。サージタンク４４は、吸気の脈動を抑制する。排気通路５０は、燃焼室から排出される排気ガスの通路である。排気通路には、排気浄化用触媒（図示略）を内蔵する触媒ケーシング５２が設けられている。
【００２７】
また、エンジン１の各部位には、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する各種センサが取り付けられている。すなわち、スロットル弁開度センサ６０は、スロットル弁４３の開度（以下、スロットル弁開度という）ＴＡに応じた検出信号を出力する。エアフロメータ６１は、吸気通路４０内のスロットル弁４３上流において空気の流量に応じた検出信号を出力する。また、アクセルポジションセンサ６２はエンジンのアクセルペダル７０に取り付けられ、同ペダル７０の踏込量（以下、アクセル指示量という）ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ６３は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。クランク角センサ６３の検出信号は、エンジン１の回転数（以下、エンジン回転数という）ＮＥ等を演算するために活用される。吸気弁リフト量センサ６４は、吸気弁１９の閉弁状態からの移動距離（リフト量）に応じた検出信号を出力する。これらセンサ６０〜６４は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ、タイマーカウンタ、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路および外部出力回路等を備える。これらＥＣＵ８０の各部は、双方向性バスによって相互に接続され、全体として論理演算回路を構成する。
【００２９】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいて、エンジン１の運転状態に関する各種パラメータを把握し、これらパラメータに基づいて、イグナイタ１７、燃料噴射弁１８、吸気弁可変機構２１およびスロットル弁４３等を駆動する。言い換えれば、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転状態を最適化すべく、エンジン１の各構成要素を統括制御する。
【００３０】
〔吸気弁可変機構の機能〕
上述したように、本実施の形態にかかる吸気弁可変機構２１は、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを可変制御することができる。吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを変更すると、吸気弁１９の作用角（以下、吸気弁作用角という）ＶＡが変化する。ここで、吸気弁作用角ＶＡとは、吸気弁１９の開弁期間に相当するクランク角の変化量を意味する。
【００３１】
吸気弁可変機構２１としては、様々な作動原理を利用した機構を採用し得る。
【００３２】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、各種作動原理を利用した吸気弁可変機構２１によって吸気弁が開閉弁動作を行う際、吸気弁リフト量がどのように推移するのかを例示するチャートである。
【００３３】
例えば、クランクシャフト１５の回転に連動するカム機構であって、複数形状のカムを選択的に用いて吸気弁１９を駆動することのできる機構や、クランクシャフト１５の回転に連動するカムと、カムの動作を修正するメカニズムとを併せて活用し吸気弁１９を駆動することのできる機構等を採用することができる。このようなカム機構を採用することにより、図２（ａ）に示すように、吸気弁１９の閉弁タイミングＣＡをＣＡ１〜ＣＡ３のように変更し、結果として吸気弁作用角ＶＡをＶＡ１〜ＶＡ３のように変更することができる。さらに、図２（ｂ）に示すように、選択されるカムの形状や、カムの動作を修正するメカニズムの特性次第で、リフト量の最大値を変更することもできる。
【００３４】
また例えば、吸気弁１９に対し、その往復動作の方向に沿って電磁力を付与することのできる機構を採用することにより、吸気弁作用角ＶＡや閉弁タイミングを変更することもできる。このような機構を採用した場合、図２（ｃ）に示すように、吸気弁の動作をクランクシャフトの回転に連動させる必要がなくなるため、その動作範囲や動作速度の制御ついて、自由度が高まる。
【００３５】
このような吸気弁可変機構２１の機能を活用することにより、エンジン１のＥＣＵ８０は、吸気弁作用角ＶＡ、閉弁タイミング、或いは最大リフト量を可変制御することができる。吸気弁１９の１回の開閉弁動作によって燃焼室１３に流入する空気量は、吸気弁作用角ＶＡの大きさに依存する。つまり、吸気弁可変機構２１を通じて吸気弁作用角ＶＡを変更すれば、吸気通路４０を通じて燃焼室１３に吸入される空気（吸気ポート４１内の空気）の質量流量（吸気量）ＧＡ及び圧力（吸気圧）ＰＭを制御することができる。
【００３６】
〔吸気制御の概要〕
本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０は、吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡが、エンジン１の運転状態に応じて設定される目標値に収束するようにスロットル弁４３（アクチュエータ４３ａ）および吸気弁可変機構２１の駆動制御（吸気制御）を行う。吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡ各々の目標値は、吸気量ＧＡおよび吸気圧ＰＭの各々を最適化するパラメータの組み合わせとして、マップ上に予め記憶しておく。
【００３７】
図３（ａ）には、吸気弁作用角の目標値（以下、目標作用角という）ＴＶＡを決定するためのマップ（以下、作用角算出マップという）上におけるエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよびアクセル指示量ＡＣＣ）と、目標作用角ＴＶＡとの間の関係を示す。また、図３（ｂ）には、スロットル弁開度ＴＡの目標値（以下、目標スロットル弁開度という）ＴＴＡを決定するためのマップ（以下、スロットル弁開度算出マップという）上におけるエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥおよびアクセル指示量ＡＣＣ）と、目標スロットル弁開度ＴＴＡとの間の関係を示す。
【００３８】
図３（ａ）に示すように、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル指示量ＡＣＣとが比較的大きな領域と比較的小さな領域とにおいて、目標作用角ＴＶＡは大きくなる傾向にある。一方、図３（ｂ）に示すように、エンジン回転数ＮＥが大きくなるほど、またアクセル指示量ＡＣＣが大きくなるほど、目標スロットル弁開度ＴＴＡは大きくなる傾向にある。
【００３９】
図４には、エンジン１の運転状態に関連する各種パラメータの推移であって、エンジン１が通常の運転状態（ＡＣＣ＞０）からアイドル状態（ＡＣＣ＝０）に移行する際に観測される各種パラメータの推移の一例を示す。
【００４０】
エンジン１が通常の運転状態からアイドル状態に移行することに伴い、エンジン回転数ＮＥは段階的に減少して、最終的には予め設定された目標値ＴＮＥに到達する。
【００４１】
［第１段階：時刻ｔ１〜ｔ３］
第１段階として、アクセル指示量ＡＣＣ（図４（ａ））が減少して「０」になることで、エンジン１は通常の運転状態からアイドル状態に移行する（時刻ｔ１〜ｔ２）。このアクセル指示量ＡＣＣの変化に伴い、目標作用角ＴＶＡ（図４（ｃ））が下限値ＴＶＡＭＩＮまで減少する（時刻ｔ１〜ｔ２）。このとき、目標スロットル弁開度ＴＴＡ（図４（ｄ））に大きな変化はみられない。すると、目標作用角ＴＶＡの変化（時刻ｔ１〜ｔ２）に応じ、エンジン回転数ＮＥ（図４（ｂ））が所定値ＮＥ０から第１の基準値ＮＥ１まで減少する（時刻ｔ１〜ｔ３）。この第１段階においては、スロットル弁開度ＴＡが所定値を保持していることから、吸気圧ＰＭ（図４（ｅ））はほとんど変化しないが、目標作用角ＴＶＡの変化に追従し（ほぼ同期し）、吸気量ＧＡ（図４（ｆ））および機関トルクＴＱ（図４（ｇ））は減少する。
【００４２】
［第２段階：時刻ｔ３〜ｔ５］
第２段階として、目標スロットル弁開度ＴＴＡが下限値ＴＴＡＭＩＮ（上限値（全開状態）の１５％以下とするのが好ましい。）まで減少する（時刻ｔ３〜ｔ４）。このとき、目標作用角ＴＶＡは下限値ＴＶＡＭＩＮを保持する。すると、目標スロットル弁開度ＴＴＡの変化（時刻ｔ３〜ｔ４）に応じ、エンジン回転数ＮＥが第１の基準値ＮＥ１から第２の基準値ＮＥ２まで減少する（時刻ｔ３〜ｔ５）。この第２段階においては、目標スロットル弁開度ＴＴＡの変化に追従し（ほぼ同期し）、吸気圧ＰＭ、吸気量ＧＡおよび機関トルクＴＱの全てが減少する。
【００４３】
［第３段階：時刻ｔ５〜ｔ６］
第３段階として、目標作用角ＴＶＡが下限値ＴＶＡＭＩＮから所定値ＴＶＡ１まで再上昇する（時刻ｔ５〜ｔ６）。このとき、目標スロットル弁開度ＴＴＡは下限値ＴＴＡＭＩＮを保持する。この第３段階においては、吸気通路４０の上流側においてスロットル弁４３がほぼ閉じた状態で、下流側において吸気ポート４１から燃焼室１３に空気が流れ込む機会（吸気通路４０から空気が流出する機会）が増すことになる。このため、吸気量ＧＡが緩やかに上昇する（或いは、ほとんんど変化しない）一方で、吸気圧ＰＭは減少する（負圧が増す）ことになる。
この吸気圧ＰＭの減少に伴いエンジン１のポンピングロスが増大するため、機関トルクＴＱも緩やかに減少する。時刻ｔ５〜ｔ６におけるエンジン回転数ＮＥの減少は、こうしたポンピングロスの増大に伴う機関トルクの減少に起因する。
【００４４】
図５（ａ）は、図４（ｃ）における目標作用角ＴＶＡの動きを、作用角算出マップ上における座標点の動きとして示す図である。また、図５（ｂ）は、図４（ｄ）における目標スロットル弁開度ＴＴＡの動きを、スロットル弁開度算出マップ上における座標点の動きとして示す図である。なお、両図５（ａ），（ｂ）中の座標点Ｐ１〜Ｐ６，Ｐ１１〜１６とともに示す時刻ｔ１〜ｔ６は、図４のタイムチャート上における各時刻ｔ１〜ｔ６と一致するものである。
【００４５】
アクセル指示量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥの関係に対応する目標作用角ＴＶＡに実際の吸気弁作用角ＶＡが合致するように、ＥＣＵ８０が吸気弁可変機構２１を逐次駆動することで、作用角算出マップ上における座標（ＮＥ，ＡＣＣ，ＴＶＡ）が、「Ｐ１（時刻ｔ１）→Ｐ２（時刻ｔ２）→Ｐ３（時刻ｔ３）→Ｐ４（時刻ｔ４）→Ｐ５（時刻ｔ５）→Ｐ６（時刻ｔ６）」のように誘導される（図５（ａ））。同じく、アクセル指示量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥの関係に対応する目標スロットル弁開度ＴＴＡに実際のスロットル弁開度ＴＡが合致するように、ＥＣＵ８０がスロットル弁４３（アクチュエータ４３ａ）を逐次駆動することで、スロットル弁開度算出マップ上における座標（ＮＥ，ＡＣＣ，ＴＴＡ）が、「Ｐ１１（時刻ｔ１）→Ｐ１２（時刻ｔ２）→Ｐ１３（時刻ｔ３）→Ｐ１４（時刻ｔ４）→Ｐ１５（時刻ｔ５）→Ｐ１６（時刻ｔ６）」のように誘導される（図５（ａ））。このように、作用角算出マップおよびスロットル弁開度算出マップに基づいてＥＣＵ８０が吸気弁作用角ＶＡ及びスロットル弁開度ＴＡを制御することにより、アイドル状態にあるエンジン１の回転数ＮＥは、目標値ＴＮＥに収束し、同値ＴＮＥを保持する。
【００４６】
図６は、アクセル指示量ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥと、作用角算出マップ及びスロットル弁開度算出マップと、目標作用角ＴＶＡ及び目標スロットル弁開度ＴＴＡとの関係を視覚的に示すブロック図である。
【００４７】
同図６に示すように、エンジン１では、ＥＣＵ８０が、アクセル指示量ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥに基づき、作用角算出マップ及びスロットル弁開度算出マップを参照して逐次目標作用角ＴＶＡ及び目標スロットル弁開度ＴＴＡを更新する。そして、吸気弁作用角ＶＡ及びスロットル弁開度ＴＡが各々の目標値ＴＶＡ，ＴＴＡに合致するよう吸気弁可変機構２１およびスロットル弁４３（アクチュエータ４３ａ）を駆動する。
【００４８】
図７は、内燃機関の運転状態に関連する各種パラメータの推移であって、とくにエンジン１が通常の運転状態（ＡＣＣ＞「０」）からアイドル状態（ＡＣＣ＝「０」）に移行する際に観測される各種パラメータの推移（実線）を、従来のエンジン（破線）と対比して示すタイムチャートである。
【００４９】
同図７に示すように、従来、吸気弁の作用角を可変にする機能と、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を可変にする機能とを併せ備えた内燃機関が通常の運転状態（ＡＣＣ＞「０」）からアイドル状態（ＡＣＣ＝「０」）に移行する場合（図７（ａ））、吸気弁作用角ＶＡ（図７（ｂ））およびスロットル弁開度ＴＡ（図７（ｃ））の何れか一方或いは双方を、ハードウエア（吸気弁可変機構２１やスロットル弁４３等）の動作限界が許容する限り小さくすることで、吸気量ＧＡを極力少なくするのが通常であった。吸気量ＧＡを減少させることにより、機関燃焼によって発生する機関トルクＴＱ（図７（ｅ））を抑制し、エンジン回転数ＮＥ（図７（ｆ））を低下させることができるからである。
【００５０】
しかしながら、このような原理に基づいてエンジン回転数ＮＥを抑制する制御を行う場合、スロットル弁開度ＴＡや吸気弁作用角ＶＡを可変制御するためのハードウエア構成に高精度の動作性能が要求され、このことが製造コストの高沸を招いていた。またとくに、スロットル弁４３の表面や吸気通路４０内壁にはデポジットが付着しやすく、スロットル弁４３の動作性能には経時変化が生じやすい。このような経時変化に起因し、アイドル状態における吸気量ＧＡやエンジン回転数ＮＥの制御に関し、長期に亘って高い精度（信頼性）を保証することが困難であった。
【００５１】
この点、本実施の形態にかかるエンジン１では、スロットル弁４３が吸気通路４０の上流側において空気の流路を絞り、吸気弁可変機構２１が吸気通路４０（吸気ポート４１）の下流側において空気の流路を開放することにより、吸気圧ＰＭ（図７（ｄ））を減少させ（負圧を増大させ）ポンピングロスの作用を強める。そして、このポンピングロスの作用を機関トルクＴＱに対抗する力として利用し、エンジン回転数ＮＥを抑制する。このため、内燃機関に供給される空気の流路を絞るための機能を担うハードウエア（スロットル弁や吸気弁）の動作限界を越えて、アイドル状態におけるエンジン回転数ＮＥをより低下させ、しかも安定に保持することができる。この結果、アイドル状態におけるエンジン１に良好なドライバビリティを保証しつつ、燃費効率を向上することができる（図７：時刻ｔ５以降）。
【００５２】
さらに、本実施の形態にかかる吸気制御では、ポンピングロスという外的な因子を活用してエンジン回転数ＮＥを抑制するため（所望の値に保持するため）、極低負荷状態にあるエンジン１にとって、内的な要因に起因する急な吹き上がりを抑制・防止するといった効果も得られる。
【００５３】
なお、本実施の形態にかかる吸気制御では、積極的にポンピングロスを増大させ、エンジン１の発生する機関トルクの一部を減殺するため、見かけ上、機関トルクの減殺分燃費効率は低下する。しかし、機関トルクの減少（エンジン回転数ＮＥの低下）に伴うエンジン１への燃料供給量の減少（燃費効率の上昇量）は、機関トルクの減殺分に相当する燃費効率の低下量を十分に上回る。結果として、実質的な燃費効率は向上するようになる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明を、車載エンジンシステムに適用した第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態にあっても、適用対象となるエンジン１やＥＣＵ８０等、基本的なハードウエア構成は、第１の実施の形態と同等である。このため、第１の実施の形態の構成要素と同等の構造若しくは機能を有する部材には、同一の符号を付して、ここでの重複する記載は割愛する。
【００５５】
上記第１の実施の形態では、吸気制御の実施にあたり、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すマップを記憶した回路を通じ、アクセル指示量ＡＣＣおよびエンジン回転数ＮＥから一義的に目標作用角ＴＶＡおよび目標スロットル弁開度ＴＴＡを決定することとした。
【００５６】
これに対し、第２の実施の形態おいてＥＣＵ８０は、そのＲＯＭに記憶されたプログラムに従い、エンジン１の運転状態に対応する判断を適宜行うことによって、目標作用角ＴＶＡおよび目標スロットル弁開度ＴＴＡを決定し、吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡがそれら目標値ＴＶＡ，ＴＴＡに収束するよう吸気弁可変機構２１やスロットル弁４３（アクチュエータ４３ａ）を駆動する。
【００５７】
〔吸気制御ルーチン〕
以下、第２の実施の形態において採用される吸気制御の具体的な手順について、フローチャートを参照して説明する。なお、ここで用いる各種の設定値ＮＥ１，ＮＥ２，ＴＶＡＭＩＮ，ＴＶＡ１，ＴＴＡＭＩＮは、先の第１の実施の形態で説明したものと同等の意義を有する。
【００５８】
図８は、「吸気制御」を行うための処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン１の運転中、ＥＣＵ８０を通じて所定周期で繰り返し実行される。
【００５９】
このルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８０は先ずステップＳ１００において、アクセルポジションセンサ６２の検出信号に基づきアクセル指示量が「０」であるか否か、すなわちエンジン１がアイドル状態にあるか否かを判断する。そして、この判断が肯定であれば処理をステップＳ２００に移行し、この判断が否定であれば処理をステップＳ３００に移行する。
【００６０】
ステップＳ２００においては、通常の運転状態に対応する吸気制御（通常制御）を実施する。すなわち、アクセル指示量ＡＣＣやエンジン回転数ＮＥ等に基づいて目標作用角ＴＶＡや目標スロットル弁開度ＴＴＡを決定する。そして、吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡが各々の目標値ＴＶＡ，ＴＴＡとなるようにスロットル弁４３や吸気弁可変機構２１を制御する。
【００６１】
一方、ステップＳ３００においては、アイドル運転に対応する吸気制御（アイドル制御）を実施する。すなわち、エンジン回転数ＮＥが所定の目標値まで低下し、この目標値を安定に保持するように、スロットル弁４３や吸気弁可変機構２１を制御する。
【００６２】
図９は、図８における吸気制御ルーチンのうち、ステップＳ３００（サブルーチン）の処理内容を詳細に示すフローチャートである。
【００６３】
このサブルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８０は、先ずステップＳ３０１において、エンジン回転数ＮＥが第１の基準値ＮＥ１を上回っているか否かを判断する。そして、その判断が否定である場合には処理をステップＳ３０２に移行し、その判断が肯定である場合には処理をステップＳ３０３に移行する。
【００６４】
処理をステップＳ３０２に移行した場合、さらに、エンジン回転数ＮＥが第２の基準値ＮＥ２（ＮＥ２＜ＮＥ１）を上回っているか否かを判断する。そして、その判断が肯定である場合には処理をステップＳ３０４に移行し、その判断が否定である場合には処理をステップＳ３０５に移行する。
【００６５】
このような一連のステップ（Ｓ３０１，Ｓ３０２）における判断を基に、エンジン回転数ＮＥの大きさに応じて、目標作用角ＴＶＡおよび目標スロットル弁開度ＴＴＡの設定に関して異なる処理を行う。
【００６６】
［ステップＳ３０３における処理］
エンジン回転数ＮＥが第１の基準値ＮＥ１を上回っている場合、ステップＳ３０３においてＥＣＵ８０は、目標作用角ＴＶＡの下限値ＴＶＡＭＩＮに達しない限り、現在記憶している目標作用角ＴＶＡから所定値Ｄ１（Ｄ１＞０）を減算し、これを最新値とする。また、目標スロットル弁開度ＴＴＡは、所定値ＴＴＡＬＱに保持する。ここ用いる所定値ＴＴＡＬＱは、アイドル状態において比較的エンジン回転数ＮＥが高い条件下で採用する数値として予め設定しておく。
【００６７】
［ステップＳ３０４における処理］
エンジン回転数ＮＥが第２の基準値ＮＥ２より大きく、第１の基準値ＮＥ１以下である場合、ステップＳ３０４においてＥＣＵ８０は、目標作用角ＴＶＡが下限値ＴＶＡＭＩＮに達しない限り、現在記憶している目標作用角ＴＶＡから所定値Ｄ２（Ｄ２＞０）を減算し、これを最新値とする。また、目標スロットル弁開度ＴＴＡが下限値ＴＴＡＭＩＮに達しない限り、現在記憶している目標スロットル弁開度ＴＴＡから、所定値Ｄ３（Ｄ３＞０）を減算し、これを最新値とする。
【００６８】
［ステップＳ３０５における処理］
エンジン回転数ＮＥが第２の基準値ＮＥ２以下である場合、ステップＳ３０５においてＥＣＵ８０は、目標作用角ＴＶＡが上限値ＴＶＡ１に達しない限り、現在記憶している目標作用角ＴＶＡに所定値Ｄ４（Ｄ４＞０）を加算し、これを最新値とする。また、目標スロットル弁開度ＴＴＡが下限値ＴＴＡＭＩＮに達しない限り、現在記憶している目標スロットル弁開度ＴＴＡから、所定値Ｄ５（Ｄ５＞０）を減算し、これを最新値とする。なお、ステップＳ３０５における目標作用角ＴＶＡの上限値ＴＶＡ１と、目標スロットル弁開度ＴＴＡの下限値ＴＴＡＭＩＮとの組み合わせは、アイドル状態においてエンジン回転数ＮＥを目標値ＴＮＥに保持するための条件として予め設定される。
【００６９】
ステップＳ３０３，Ｓ３０４，Ｓ３０５の何れかの処理を経た後、ＥＣＵ８０は、吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡが各々の目標値ＴＶＡ，ＴＴＡに合致するように吸気弁可変機構２１およびスロットル弁４３（アクチュエータ４３ａ）を駆動する（Ｓ３０６）。その後、ＥＣＵ８０は本ルーチンを一旦抜ける（図８の吸気制御ルーチンに戻る）。
【００７０】
このように、当該第２の実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０、若しくはＥＣＵ８０を通じた制御方法もまた、先の第１の実施の形態と同様、スロットル弁４３が吸気通路４０の上流側において空気の流路を絞り、吸気弁可変機構２１が吸気通路４０（吸気ポート４１）の下流側において空気の流路を開放することにより、吸気圧ＰＭを減少させ（負圧を増大させ）ポンピングロスの作用を強める。そして、このポンピングロスの作用を機関トルクＴＱに対抗する力として利用し、エンジン回転数ＮＥを抑制する。
【００７１】
このため、内燃機関に供給される空気の流路を絞るための機能を担うハードウエア（スロットル弁４３や吸気弁可変機構２１）の動作限界を越えて、アイドル状態におけるエンジン回転数ＮＥを低下させ、しかも安定に保持することができる。この結果、アイドル状態における内燃機関に良好なドライバビリティを保証しつつ、燃費効率を向上することができる。
【００７２】
なお、上記第２の実施の形態における吸気制御のサブルーチン（Ｓ３００）は、エンジン回転数ＮＥが徐々に低下するように目標作用角ＴＶＡおよび目標スロットル弁開度ＴＴＡを逐次更新し、最終的には目標作用角ＴＶＡを所定値ＴＶＡ１に保持し、目標スロットル弁開度ＴＴＡを所定値ＴＴＡＭＩＮに保持する制御構造を採用する。これに対し、ステップＳ３０５の処理内容として、エンジン回転数ＮＥが実際に目標値ＴＮＥを保持するように、例えばエンジン回転数ＮＥに基づき、目標作用角ＴＶＡを所定値ＴＶＡ１近傍で微調整するようなフィードバック制御を行う制御構造を採用してもよい。
【００７３】
また、吸気弁作用角ＶＡを可変制御するための機構としては、上記各実施の形態にかかる吸気弁可変機構２１のように、吸気弁１９の開きタイミングを固定したまま閉じタイミングを変更する機能を備えた機構に限らず、吸気弁１９の開きタイミングのみ、或いは、開きタイミングおよび閉じタイミングの両方を変更する機能を備えた機構を採用することもできる。また、吸気弁作用角ＶＡに替え、吸気弁１９のリフト量を変更することによって、吸気量や吸気圧を制御する装置構成を採用しても、上記各実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【００７４】
また、アクセル指示量ＡＣＣが厳密に「０」となる状況のみならず、エンジン１が極低負荷の状態にありエンジン回転数ＮＥを極めて低い数値に保持する必要がある場合、或いは、比較的低負荷の状態にあるエンジン１のトルクを何らかの理由で抑制する必要がある場合等にも、上記各実施の形態に準ずる制御構造を適用することができる。すなわち、スロットル弁開度ＴＡを所定値以下とし、且つ、吸気弁作用角ＶＡを所定値以上とすることにより、ポンピングロスを積極的に発生させることで、エンジン回転数ＮＥを低下させること（或いは所定値に保持すること）ができる。
【００７５】
また、例えば吸気弁可変機構２１を通じた吸気弁作用角ＶＡの制御範囲を１１０°〜２５０°程度とした場合に、スロットル弁開度ＴＡを全開状態の１５％以下（好ましくは１０％以下）とした状態で、吸気弁作用角ＶＡを１５０°〜２００°程度に保持することにより、効果的にポンピングロスを発生させエンジン回転数ＮＥをハードウエアの動作限界を超えて低下させ、且つ、安定に保持できることが発明者によって確認されている。
【００７６】
また、ポンピングロスを発生させエンジン回転数ＮＥを低下させる制御と同期してエンジン１の点火時期を遅角させる制御を実施し、燃焼状態の安定化を図るようにしてもよい。
【００７７】
また、吸気弁作用角ＶＡおよびスロットル弁開度ＴＡの調整を通じて発生させるポンピングロスは、吸気圧ＰＭと相関の高いパラメータである。このため、ポンピングロスの大きさを一層緻密に制御すべく、吸気圧ＰＭを目標値に収束させるフィードバック制御を活用してもよい。この場合、エンジン１の運転状態を反映する各種パラメータ（ＡＣＣ，ＮＥ，ＶＡ，ＴＡ，ＧＡ等）から吸気圧ＰＭを推定してもよいし、吸気通路４０内において吸気圧ＰＭを直接検出する素子（センサ）を備える構成を採用してもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関に要求されるトルクを十分に確保しつつ、燃費効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】各種の吸気弁可変機構を通じて変更される吸気弁の動作特性を示す図。
【図３】（ａ）マップ上におけるエンジン回転数と、アクセル指示量と、目標作用角との間の関係を示す図。（ｂ）マップ上におけるエンジン回転数と、アクセル指示量と、目標スロットル弁開度との間の関係を示す図。
【図４】エンジンの運転状態に関連する各種パラメータの推移を示すタイムチャート。
【図５】（ａ）目標作用角の動きをマップ上の座標点の動きとして示す図の一例。（ｂ）目標スロットル弁開度の動きをマップ上の座標点の動きとして示す図の一例。
【図６】入力値、出力値およびマップの関係を示すブロック図。
【図７】第１の実施の形態にかかるエンジンが通常の運転状態からアイドル状態に移行する際に観測される各種パラメータの推移を、従来のエンジンと対比して示すタイムチャート。
【図８】第２の実施の形態にかかる吸気制御の手順を示すフローチャート。
【図９】同実施の形態にかかる吸気制御の一環として実行されるアイドル制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１　エンジン（内燃機関）
１０　エンジン本体
１０ａ　シリンダブロック
１０ｂ　シリンダヘッド
１１　シリンダ
１２　ピストン
１２ａ　頭頂面
１３　燃焼室
１４　コンロッド
１５　クランクシャフト
１６　点火プラグ
１７　イグナイタ
１８　燃料噴射弁
１９　吸気弁
１９ａ　軸部材
１９ｂ　弁体
２０　排気弁
２０ａ　軸部材
２０ｂ　弁体
２１　吸気弁可変機構（可変動弁機構）
２２　排気カム
４０　吸気通路
４１　吸気ポート
４２　エアクリーナ
４３　スロットル弁
４３ａ　アクチュエータ
４４　サージタンク
５０　排気通路
５１　排気ポート
５２　触媒ケーシング
６０　スロットル弁開度センサ
６１　エアフロメータ
６２　アクセルポジションセンサ
６３　クランク角センサ
６４　吸気弁リフト量センサ
７０　アクセルペダル
８０　電子制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
2004116385.tif 000003
【図２】
2004116385.tif 000004
【図３】
2004116385.tif 000005
【図４】
2004116385.tif 000006
【図５】
2004116385.tif 000007
【図６】
2004116385.tif 000008
【図７】
2004116385.tif 000009
【図８】
2004116385.tif 000010
【図９】
2004116385.tif 000011