(57)【要約】【課題】電力消費特性及び燃料消費特性を適切に考慮して、最適なバルブの動作モードを決定することができる内燃機関のバルブ制御装置の提供。【解決手段】本発明は、内燃機関の燃焼室に設けられたバルブを上下に電気的に駆動する電気式バルブリフト装置を備え、前記電気式バルブリフト装置を介して前記バルブを２以上の異なる動作モードで制御する内燃機関のバルブ制御装置３００であって、所定の動作モードを実現した場合の電力消費特性と燃料消費特性との関係に基づいて、実現すべき前記バルブの動作モードを決定することを特徴とする。【選択図】図７
2007315293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に設けられたバルブを上下に電気的に駆動する電気式バルブリフト装置を備え、前記電気式バルブリフト装置を介して前記バルブを２以上の異なる動作モードで制御する内燃機関のバルブ制御装置であって、
所定の動作モードを実現した場合の電力消費特性と燃料消費特性との関係に基づいて、実現すべき前記バルブの動作モードを決定することを特徴とする、バルブ制御装置。
【請求項２】
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量と、内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量と関係に基づいて、実現すべき前記バルブの動作モードを決定する、請求項１に記載のバルブ制御装置。
【請求項３】
内燃機関の回転により発電する発電機の発電量が所定の異常範囲内になった場合に、前記動作モードの決定処理を行う、請求項１又は２に記載のバルブ制御装置。
【請求項４】
前記電気式バルブリフト装置は、前記バルブに作用するカムと、該カムを回転させる電気モータとを含み、
前記２以上の異なる動作モードは、第１の作用角を実現するように前記カムを揺動させる小作用角モードと、前記第１の作用角より大きい第２の作用角を実現するように前記カムを揺動させる大作用角モードとを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のバルブ制御装置。
【請求項５】
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量が所定値以下の場合には、大作用角モードを実現する、請求項４に記載のバルブ制御装置。
【請求項６】
内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量が所定値以下の場合には、小作用角モードを実現する、請求項４に記載のバルブ制御装置。
【請求項７】
前記２以上の動作モードに対して、それぞれ、それぞれの電力消費特性及び燃料消費特性と、電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量と、内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量とに基づいて、それぞれの動作モードを実現した場合に車両が走行可能な距離を予測する走行可能距離予測手段を備え、
前記走行可能距離予測手段による予測結果に基づいて、走行可能距離が最大となる動作モードを実現する、請求項１〜４いずれかに記載のバルブ制御装置。
【請求項８】
前記電気式バルブリフト装置は、吸気バルブを上下に電気的に駆動する第１の電気式バルブリフト装置と、排気バルブを上下に電気的に駆動する第２の電気式バルブリフト装置とを含み、
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量が所定値以下の場合には、排気行程で吸気バルブのリフト量を排気バルブのリフト量よりも大きくする、請求項１に記載のバルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブの動作モードを適切に決定することができる内燃機関のバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電動モータの回転運動をバルブの直線的な回転運動に変換させて、バルブを駆動するいわゆるカムバイワイヤシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−１７７５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、カムバイワイヤシステムでは、バルブの開閉動作を電動モータにより実現するため、実質的にクランクシャフトの動きに機械的に連動させてバルブを開閉させる従来的なバルブシステムに比べて、バルブの開閉制御態様の自由度が高く、それ故に、例えばカムを揺動させる揺動モードや、揺動モードにおける作用角が異なる各種モードや、回転モードにおける回転速度を変化させる可変速モードといったように、バルブの動作モードの種類を多く設定することもできる。
【０００４】
一方、カムバイワイヤシステムでは、バルブの開閉動作を電動モータにより実現するため、動作モードの種類によっては、電力消費量が相対的に大きいが燃料消費量が相対的に小さい場合や、電力消費量が相対的に小さいが燃料消費量が相対的に大きい場合等があり、各動作モード間で電力消費特性及び燃料消費特性に有意な差異が生じうる。このため、カムバイワイヤシステムでは、各動作モード間で生じうる電力消費特性や燃料消費特性の相違を適切に考慮して、実現すべき動作モードを決定することが有用となる。
【０００５】
そこで、本発明は、電力消費特性及び燃料消費特性を適切に考慮して、最適なバルブの動作モードを決定することができる内燃機関のバルブ制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、第１の発明は、内燃機関の燃焼室に設けられたバルブを上下に電気的に駆動する電気式バルブリフト装置を備え、前記電気式バルブリフト装置を介して前記バルブを２以上の異なる動作モードで制御する内燃機関のバルブ制御装置であって、
所定の動作モードを実現した場合の電力消費特性と燃料消費特性との関係に基づいて、実現すべき前記バルブの動作モードを決定することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量と、内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量と関係に基づいて、実現すべき前記バルブの動作モードを決定することを特徴とする。これにより、バッテリの残量と、燃料タンクの燃料残量と、電力消費特性と燃料消費特性の４つのファクターを考慮して、適切な動作モードを決定することができる。例えば、簡易な例として、バッテリの残量が燃料タンクの燃料残量よりも下限値に近い場合には、消費電力の少ない動作モードを決定・実現することとしてよい。
【０００８】
第３の発明は、第１又は２の発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
内燃機関の回転により発電する発電機の発電量が所定の異常範囲内になった場合に、前記動作モードの決定処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
前記電気式バルブリフト装置は、前記バルブに作用するカムと、該カムを回転させる電気モータとを含み、
前記２以上の異なる動作モードは、第１の作用角を実現するように前記カムを揺動させる小作用角モードと、前記第１の作用角より大きい第２の作用角を実現するように前記カムを揺動させる大作用角モードとを含むことを特徴とする。これにより、作用角を大小異ならしめることで背反する燃料消費特性と電力消費特性との関係を有効に利用することができる。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量が所定値以下の場合には、大作用角モードを実現することを特徴とする。これにより、消費電力の少ない大作用角モードを実現することで、バッテリの残量の低下速度を抑制することができる。
【００１１】
第６の発明は、第４の発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量が所定値以下の場合には、小作用角モードを実現することを特徴とする。これにより、消費燃料の少ない小作用角モードを実現することで、燃料残量の低下速度を抑制することができる。
【００１２】
第７の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
前記２以上の動作モードに対して、それぞれ、それぞれの電力消費特性及び燃料消費特性と、電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量と、内燃機関に燃料供給する燃料タンクの燃料残量とに基づいて、それぞれの動作モードを実現した場合に車両が走行可能な距離を予測する走行可能距離予測手段を備え、
前記走行可能距離予測手段による予測結果に基づいて、走行可能距離が最大となる動作モードを実現することを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第１の発明に係る内燃機関のバルブ制御装置において、
前記電気式バルブリフト装置は、吸気バルブを上下に電気的に駆動する第１の電気式バルブリフト装置と、排気バルブを上下に電気的に駆動する第２の電気式バルブリフト装置とを含み、
電気式バルブリフト装置に電力供給するバッテリの残量が所定値以下の場合には、排気行程で吸気バルブのリフト量を排気バルブのリフト量よりも大きくすることを特徴とする。これにより、バッテリの残量が所定値以下の場合に適切なバルブ動作を実現して、エンジンブレーキをかけることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電力消費特性及び燃料消費特性を適切に考慮して、最適なバルブの動作モードを決定することができる内燃機関のバルブ制御装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１６】
図１は、本発明による内燃機関のバルブ制御装置が適用可能なカムバイワイヤ機構（電気式バルブリフト装置）の主要部を示す図であり、図１（Ａ）は、吸気側のカムバイワイヤ機構１１０Ａの主要部を示し、図１（Ｂ）は、排気側のカムバイワイヤ機構１１０Ｂの主要部を示す。図１に示す例は、４気筒の内燃機関１００に適用されるカムバイワイヤ機構であり、３つの駆動モータ１０１，１０２，１０３と、吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４に作用するカム（偏心カム）１４１〜１４４、１５１〜１５４が形成されたカムシャフト１１１，１１２，１１３とを含む。駆動モータ１０１，１０２，１０３は、正逆回転可能なモータであり、対応するカムシャフト１１１，１１２，１１３に対して直結されてもよいし、対応するカムシャフト１１１，１１２，１１３に対して適切な減速機構を介して接続されてもよい。
【００１７】
駆動モータ１０１は、第１気筒及び第４気筒の吸気側に対して設けられ、対応するカムシャフト１１１を回転させることで、カム１４１により第１気筒の吸気バルブ１２１を開閉させるとともに、カム１４４により第４気筒の吸気バルブ１２４を開閉させる。尚、第１気筒の吸気バルブ１２１の開度及び第４気筒の吸気バルブ１２４の開度は、通常の内燃機関と同様、カムシャフト１１１の回転角度（カム１４１及びカム１４４の位置）によって決まる。
【００１８】
駆動モータ１０２は、第２気筒及び第３気筒の吸気側に対して設けられ、対応するカムシャフト１１２を回転させることで、カム１４２により第２気筒の吸気バルブ１２２を開閉させるとともに、カム１４３により第３気筒の吸気バルブ１２３を開閉させる。尚、第２気筒の吸気バルブ１２２の開度及び第３気筒の吸気バルブ１２３の開度は、通常の内燃機関と同様、カムシャフト１１２の回転角度（カム１４２及びカム１４３の位置）によって決まる。
【００１９】
駆動モータ１０３は、第１気筒〜第４気筒に対して共通であり、各気筒の排気側に対して設けられる。吸気駆動モータ１０３は、カムシャフト１１３を回転させることで、カム１５１〜１５４により各気筒の排気バルブ１３１〜１３４を開閉させる。尚、第１気筒〜第４気筒の排気バルブ１３１〜１３４の開度は、通常の内燃機関と同様、カムシャフト１１３の回転角度（カム１５１〜１５４の位置）によって決まる。
【００２０】
尚、本発明は、特に内燃機関１００の構成（気筒数や気筒の配列態様）や、駆動モータ及びカムシャフトの個数に限定されるものでなく、以下で説明する機能を実現できる構成等であれば如何なる構成であってよい。
【００２１】
図２は、カムバイワイヤ機構を備えた内燃機関１００に好適な電源システムを示す回路図である。
【００２２】
図２に示す電源システム２００は、高圧バッテリ２０２と、低圧バッテリ２０４とを備える二電源システムとして構成されている。
【００２３】
高圧バッテリ２０２は、本例では４２Ｖを定格電圧とするバッテリであり、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等により構成されてよい。
【００２４】
低圧バッテリ２０４は、本例では１２Ｖを定格電圧とするバッテリであり、鉛バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等により構成されてよい。
【００２５】
高圧バッテリ２０２と低圧バッテリ２０４とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６を介して接続されている。即ち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６の入出力側に高圧バッテリ２０２と低圧バッテリ２０４とがそれぞれ設けられる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６の低圧バッテリ２０４側には、補機負荷２０８が接続される。補機負荷２０８は、典型的には、エンジン関連補機や空調装置であり、その他、オーディオ装置、ヘッドランプ、フォグランプ、コーナリングシグナルランプ、コーナーランプ等のランプ類、カーナビゲーション、メータ類等を含んでもよい。
【００２６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６の高圧バッテリ２０２側には、オルタネータ２１０、及び、上述の駆動モータ１０１，１０２，１０３が設けられる。尚、高圧バッテリ２０２側には、これらの負荷の他、その他、動作時に一時的に大電流が流れる負荷、例えば、ブロアモータ、デフォッガ、ブレーキアクチュエータ、パワーステアリング装置（アシストモータ）等が設けられてもよい。
【００２７】
オルタネータ２１０は、内燃機関１００の回転により発電し、本例では４２Ｖの電圧の電気を生成する。オルタネータ２１０の発電量は、内燃機関１００を制御するエンジンＥＣＵ３０２（図３参照）により、車両の走行状態に応じて制御される。例えば、車両の定常走行時や内燃機関１００のアイドル運転時には、オルタネータ２１０の目標発電量は、高圧バッテリ２０２の放電が生じないような値に調整される。また、車両減速時（回生ブレーキ作動時）には、オルタネータ２１０の目標発電量は、定常走行時やアイドル運転時に比して大きな値に調整される。また、車両加速時には、オルタネータ２１０の目標発電量は、電流積算値が所定の目標値になるように調整される。また、アイドルストップ中（即ち、内燃機関１００の停止中）は、オルタネータ２１０の目標発電量はゼロになる（即ち、発電が行われない）。尚、本発明は、オルタネータ２１０の発電制御を特定するものでなく、如何なる態様の発電制御に対しても適用可能である。
【００２８】
駆動モータ１０１，１０２，１０３と高圧バッテリ２０２との間には、昇圧コンバータ２１２及びインバータ２１４が設けられる。高圧バッテリ２０２ないしオルタネータ２１０からの電圧は、昇圧コンバータ２１２により４２Ｖから所定電圧まで昇圧され、次いで、インバータ２１４により正弦波ないし矩形波形に変換されて、駆動モータ１０１，１０２，１０３に供給される。
【００２９】
尚、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６は、降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであってよく、この場合、高圧バッテリ２０２ないしオルタネータ２１０からの電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６で約１２Ｖへと電圧変換され、低圧バッテリ２０４の充電等に利用される。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６は、昇圧型ないし双方向のＤＣ／ＤＣコンバータであってよく、この場合、後述のオルタネータ２１０のフェール時（異常時）に、低圧バッテリ２０４からの電圧を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６を介して駆動モータ１０１，１０２，１０３側に供給することができる。尚、以下では、特に明示しない限り、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６が、単方向（降圧型）のＤＣ／ＤＣコンバータであるとして説明を続ける。
【００３０】
図３は、本発明による内燃機関１００のバルブ制御装置に関連する制御系の機能ブロック図である。本実施例のバルブ制御装置３００は、図３に示すように、カムバイワイヤ機構を制御するＣＢＷ・ＥＣＵ３１０を中心に構成されている。ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、ハードウェア構成としては、図示しないバスを介して互いに接続されたＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ、Ａ／Ｄコンバータ、通信ＩＣ等からなるマイクロコンピュータから構成される。
【００３１】
ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０には、クランクシャフトの回転角（クランク角）を検出するクランクポジションセンサ３１２が接続されている。ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０には、その他、吸気用カムポジションセンサや排気用カムポジションセンサ（図示せず）が接続される。ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、これらのセンサ出力に基づいて、インバータ２１４を介して駆動モータ１０１，１０２，１０３の回転角度（ひいては吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４の動作）を制御する。
【００３２】
ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０には、燃料計センサ３１８が接続される。燃料計センサ３１８は、フューエルタンク（燃料タンク）内に設けられるフロートセンサであってよく、フューエルタンク内の燃料のレベル（液面高さ）を検出する。尚、フューエルタンク内の燃料は、図示しないフューエルポンプ、フューエルデリバリーパイプ等を介して内燃機関１００に供給され、内燃機関１００の燃焼室で燃やされ、その際の爆発力で車両の駆動力が生成される。ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、燃料計センサ３１８からの入力信号に基づいて、現在のフューエルタンク内の燃料の残量を検知する。
【００３３】
ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０には、高圧バッテリ２０２の温度を検出するバッテリ温度センサ３２０、高圧バッテリ２０２の電流を検出するバッテリ電流センサ３２２、及び高圧バッテリ２０２の電圧を検出するバッテリ電圧センサ３２４が接続される。バッテリ温度センサ３２０は、例えば高圧バッテリ２０２のインシュレーター側面に取り付けられ、高圧バッテリ２０２の液温（バッテリ温度）を所定のサンプリング周期で検出し、その信号をＣＢＷ・ＥＣＵ３１０に供給する。バッテリ電流センサ３２２は、例えばホールＩＣを用いて、充放電電流量によりコア部に生ずる磁束密度の変化量を、電圧に変換してＣＢＷ・ＥＣＵ３１０に出力するものであってよい。バッテリ電圧センサ３２４は、高圧バッテリ２０２のプラス端子に取り付けられ、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０の端子電圧を所定のサンプリング周期で検出し、その信号をＣＢＷ・ＥＣＵ３１０に供給する。
【００３４】
ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、このようにして所定周期毎に入力されるバッテリ電流、バッテリ電圧及びバッテリ温度に基づいて、高圧バッテリ２０２の残量(残存容量)を検知する。高圧バッテリ２０２の残量は、典型的には、充電状態ないし充電率（ＳＯＣ）に対応するが、その他、電流積算値（高圧バッテリ２０２の入出力電流の積算値）に基づいて判断されてもよい。高圧バッテリ２０２のＳＯＣの検知方法は、多種多様でありえ、如何なる適切な方法が採用されもよい。
【００３５】
次に、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される電気式バルブリフト装置による吸気バルブ１２１〜１２４の動作モードについて説明する。尚、以下では、第1気筒の吸気バルブ１２１に関する説明を行うが、その他の吸気バルブ１２２〜１２４ついても同様であってよい。
【００３６】
図４（Ａ）は、通常モードである正転モードを示し、図４（Ｂ）は、揺動モードを示し、図４（Ｃ）は、可変速モードを示す。図５は、図４に示した各動作モードにおける駆動モータ１０１の回転数を示すグラフである。
【００３７】
正転モードでは、図４（Ａ）及び図５に示すように、駆動モータ１０１の動作は、回転方向が正（一定方向）であり、且つ、回転速度が一定である。従って、正転モードでは、カム１４１がカムシャフト１１１を介して一定速度で回転し、カムバイワイヤ機構を備えない通常的なシステムと同様、カムプロフィールに応じた吸気バルブ１２１のリフト量及び作用角を実現することになる。
【００３８】
揺動モードでは、図４（Ｂ）及び図５に示すように、駆動モータ１０１の動作は、回転方向が正負で入れ替わる。従って、揺動モードでは、カム１４１がカムシャフト１１１を介して回転方向を正方向及び負方向に交互に変化させながら回転する（即ち揺動する）。揺動モードでは、カム１４１の揺動態様により、リフト量及び作用角（作用時間）を変化させることができる。例えば、図４（Ｂ）に示すように、カム１４１の頂部（卵形の細長い方の先端）付近を用いて揺動させることで、リフト量を大きくすることができ（即ち大リフトを実現することができ）、逆に、カム１４１の頂部付近を用いずに揺動させることで、リフト量を小さくすることができる（即ち小リフトを実現することができる）。また、同一のリフト量であっても、リフト時間が短くなるような速度態様で揺動させることで、作用角を小さくすることができ、逆に、リフト時間を長くなるような速度態様で揺動させることで、作用角を大きくすることができる。
【００３９】
可変速モードでは、図４（Ｃ）及び図５に示すように、駆動モータ１０１の動作は、正転モードと同様に回転方向が変化しないが、回転速度が変化される。従って、可変速モードでは、カム１４１がカムシャフト１１１を介して一定方向に、異なる速度で回転する。可変速モードでは、カム１４１の回転速度の可変態様により、作用角（作用時間）を変化させることができる。例えば、図４（Ｃ）に示すように、作用時間中のカム１４１の回転速度を低くし（減速させ）、非作用時間中のカム１４１の回転速度を高くする（加速させる）ことで、作用角を大きくすることができる。
【００４０】
図６は、図４に示した各動作モードにおける内燃機関１００の回転数と駆動モータ１０１の消費電力との関係を模式的に示すグラフである。
【００４１】
正転モードは、図６に示すように、内燃機関１００の回転数の全域に亘って利用される基本モードであり、特に応答性良く回転速度を変化させることが困難になる高回転域（即ち可変速モードや揺動モードの実現が困難になる高回転域）で、有効に利用される。一方、揺動モードは、内燃機関１００の低回転数の領域で利用され、例えば小リフト及び小作用角を実現することでスロットル開度を広げてポンピングロスを少なくすることができ、燃費を高めることが可能である。可変速モードは、中間の回転数付近で利用され、例えばリフト中に減速させて大作用角を実現することで内燃機関１００の出力を高めることが可能である。揺動モードでは、駆動モータ１０１の停止期間があるため、他のモードよりも電力消費量を低く抑えることができ、また、揺動モードが利用される内燃機関１００の回転数の領域が低回転数の領域であるため、燃料消費量を低く抑えることができる。
【００４２】
図７は、作用角と燃料消費量及び電力消費量との関係を示すグラフである。図７は、揺動モードを実現した場合における各作用角に対する燃料消費特性及び電力消費特性を示し、リフト量は一定である。
【００４３】
図７に示すように、作用角が大きくなると、電力消費量が低くなるものの、燃料消費量が大きくなる。即ち、作用角が大きくなると、高圧バッテリ２０２にとっての負荷が小さくものの、燃費は悪化する。他方、作用角が小さくなると、燃料消費量が低くなるものの、電力消費量が大きくなる。即ち、作用角が小さくなると、燃費は向上するものの、高圧バッテリ２０２にとっての負荷が大きくなる。
【００４４】
このように、カムバイワイヤ機構を用いたバルブシステムでは、バルブ１２１，１２２等の開閉動作を駆動モータ１０１，１０２，１０３により実現する関係上、揺動モードで実現する作用角によっては、電力消費特性及び燃料消費特性に有意な差異が生じ、電力消費量が相対的に大きくなるが燃料消費量が相対的に小さくなる場合や、逆に電力消費量が相対的に小さくなるが燃料消費量が相対的に大きくなる場合がある。このため、特に燃料の残量及び高圧バッテリ２０２の残量に制約がある場合には、適切な動作モードを選・実現することが有用となる。以下、これについて詳説する。
【００４５】
図８は、本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理の一例を示すフローチャートである。図８に示す処理は、例えばオルタネータ２１０にフェール（異常）が発生した場合に起動される割り込み処理であってよく、内燃機関１００が停止されるまで継続的に繰り返し実行されてよい。
【００４６】
尚、オルタネータ２１０の異常とは、オルタネータ２１０が異常停止すること(発電不能な状態になること)のみならず、目標発電量（指示値）に対する現実の発電量が大きく乖離することや、当該乖離状態が所定時間以上継続することを含んでよい。オルタネータ２１０の異常は、例えばエンジンＥＣＵ３０２により検知され、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０に通知される。
【００４７】
ステップ１１では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、オルタネータ２１０の異常に対応して、吸気バルブ１２１〜１２４を上述の揺動モードで動作させる。これは、オルタネータ２１０の発電が停止すると高圧バッテリ２０２のみでカムバイワイヤ機構の作動電力を賄わなければならないため、電力消費量が小さい揺動モードが、他の動作モード（例えば正転モード）よりも有効であるからである。尚、オルタネータ２１０の異常が発生した場合には、表示や音声により、運転者に対してその旨を知らせる警告を出力することとしてよい。これにより、運転者による退避走行が促進される。尚、退避走行とは、路肩など安全な場所まで車両を退避させる比較的短い距離の走行をいう。ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、オルタネータ２１０の異常に対応して、他のＥＣＵと協動して、例えば、エアコン等の快適性に関わる負荷の動作を停止させることとしてもよい。
【００４８】
ステップ１２では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の高圧バッテリ２０２の残量で走行可能な最大の距離Ｄ１を演算すると共に、現在の燃料の残量で走行可能な最大の距離Ｄ２を演算し、これらの距離Ｄ１、Ｄ２を比較する。具体的には、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、作用角を大きくした場合の電力消費特性に基づいて、以後、作用角が大きい揺動モード（以下、「大作用角モード」という。）で動作させた場合の走行可能な距離Ｄ１を演算する。これは、図７に示したように、大作用角モードが消費電力の観点から最も有利なモードであるからである。同様に、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、作用角を小さくした場合の燃料消費特性に基づいて、以後、作用角が小さく揺動モード（以下、「小作用角モード」という。）で動作させた場合の走行可能な距離Ｄ２を演算する。これは、図７に示したように、小作用角モードが消費燃料の観点から最も有利なモードであるからである。
【００４９】
本ステップ１２において、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも大きい場合には、ステップ１３に進み、大作用角モードが実現される。一方、距離Ｄ１が距離Ｄ２以下の場合には、ステップ１４に進み、小作用角モードが実現される。
【００５０】
このように図８に示す処理によれば、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に、揺動モードを実現しつつ、揺動モードにおける作用角を適切に決定するので、走行可能な距離を最大化することができる。これにより、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に実現可能な退避走行距離が最大化されるので、運転者は、内燃機関１００が停止するまでに、十分な余裕を持って安全な場所へと退避走行を行うことが可能となる。
【００５１】
図１０は、本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理のその他の例を示すフローチャートである。尚、図１０に示す処理は、図８に示した処理と同様、例えばオルタネータ２１０にフェール（異常）が発生した場合に起動される割り込み処理であってよく、内燃機関１００が停止されるまで継続的に繰り返し実行されてよい。
【００５２】
ステップ２０では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、オルタネータ２１０の異常に対応して、吸気バルブ１２１〜１２４を上述の揺動モードで動作させる。
【００５３】
ステップ２１では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の高圧バッテリ２０２の残量と、現在の燃料の残量と、各作用角を実現した場合の電力消費特性及び燃料消費特性とに基づいて、走行可能な距離を最大化する作用角の最適値を求める。
【００５４】
具体的には、例えば、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、作用角θとして、電力消費特性を表す関数Ｆｂ（θ）と、燃料消費特性を表す関数Ｆｆ（θ）とを用いる。関数Ｆｂ（θ）は、作用角θを実現した場合の単位走行距離当たりの消費電力を表し、試験や計算シミュレーション等により適合される。関数Ｆｂ（θ）は、図９（Ａ）に示すように、作用角の増大と共に単調減少する関数であってよい。同様に、関数Ｆｆ（θ）は、作用角θを実現した場合の単位走行距離当たりの消費燃料を表し、試験や計算シミュレーション等により適合される。関数Ｆｆ（θ）は、図９（Ｂ）に示すように、作用角の増大と共に単調増加する関数であってよい。尚、使用する関数Ｆｆ（θ）及び関数Ｆｆ（θ）は、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０がアクセス可能なメモリに記憶しておけばよい。
【００５５】
ここで、現在の燃料の残量をＷｆとし、現在の高圧バッテリ２０２の残量をＷｂ(電力換算値)とすると、例えば、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、目的関数Ｄ(θ)をＤ(θ)＝ｋ・Ｗｂ／Ｆｂ（θ）と設定し、Ｆｆ（θ）＊Ｄ(θ)／ｍ＜Ｗｆの制約条件の下、目的関数Ｄ(θ)を最大化する作用角θを、最適値として算出してよい。或いは、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、目的関数Ｄ(θ)をＤ(θ)＝ｍ・Ｗｆ／Ｆｆ（θ）と設定し、Ｆｂ（θ）＊Ｄ(θ)／ｋ＜Ｗｂの制約条件の下、目的関数Ｄ(θ)を最大化する作用角θを、最適値として算出してよい。ここで、ｋ、ｍは、所定の係数であり、総残量Ｗｆ及びＷｂのうちの吸気バルブ１２１〜１２４の動作のために割り当てられた各残量の割合に対応し、試験や計算シミュレーション等により適合される。また、係数ｋ、ｍは、駆動モータ１０１，１０２以外の他の高圧バッテリ２０２側の電気負荷（例えば駆動モータ１０３）の作動状況に応じて可変されてもよく、この場合、他の電気負荷の作動要求が大きい場合には小さな値に設定され、他の電気負荷の作動要求が小さい場合には大きな値に設定されるものであってよい。尚、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、これらの２通りの演算方法で最適値をそれぞれ算出することとしてもよく、この場合、目的関数Ｄ(θ)が大きくなる方の最適値が、選択・採用されてよい。
【００５６】
続くステップ２２では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、上記ステップ２２で決定した作用角の最適値が実現されるように、吸気バルブ１２１〜１２４を制御する。
【００５７】
このように図１０に示す処理によれば、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に、揺動モードを実現しつつ、揺動モードにおける作用角を適切に決定するので、走行可能な距離を最大化することができる。これにより、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に実現可能な退避走行距離が最大化されるので、運転者は、内燃機関１００が停止するまでに、十分な余裕を持って安全な場所へと退避走行を行うことが可能となる。
【００５８】
特に、図１０に示す例では、上述の図８に示した処理に対して、最適解を求める関係上、処理負荷が大きくなるが、高い精度で最適な作動角を決定することができる。従って、図１０に示す処理は、現在の高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量とが共に少ない場合に特に好適であり、一方、図８に示した処理は、処理負担が小さく、現在の高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量の何れか一方のみが少ない場合に特に好適である。
【００５９】
尚、図１０に示す処理をＣＢＷ・ＥＣＵ３１０が実行する場合には、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、高圧バッテリ２０２の残量及び現在の燃料の残量と、それに対応して演算された最適値との関係を学習により保持してもよい。これにより、以後同様の高圧バッテリ２０２の残量及び現在の燃料の残量が検出された場合に、演算をなんら行うことなく、メモリに保持した最適値を用いることができる。同様の観点から、高圧バッテリ２０２の残量及び現在の燃料の残量と、それに対応した最適値との関係は、予め導出されマップ形式で保持されてもよい。また、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、電力消費特性を表す関数Ｆｂ（θ）と、燃料消費特性を表す関数Ｆｆ（θ）とを、例えば定期的に、実稼動時に学習により導出してもよい。この場合、以後の特性変動が生じた場合にも、当該特性変動を補償した最適な作用角を決定・実現することができる。
【００６０】
図１１は、本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理のその他の例を示すフローチャートである。尚、図１１に示す処理は、図８に示した処理と同様、例えばオルタネータ２１０にフェール（異常）が発生した場合に起動される割り込み処理であってよく、内燃機関１００が停止されるまで継続的に繰り返し実行されてよい。
【００６１】
ステップ３０では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、オルタネータ２１０の異常に対応して、吸気バルブ１２１〜１２４を上述の揺動モードで動作させる。
【００６２】
ステップ３１では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定の下限値未満であるか否かを判断する。現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定の下限値未満である場合には、ステップ３４に進み、現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定の下限値以上の場合には、ステップ３２に進む。
【００６３】
ステップ３２では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の燃料の残量が所定の下限値未満であるか否かを判断する。現在の燃料の残量が所定の下限値未満である場合には、ステップ３３に進み、消費燃料が少ない小作用角モードが実現される。一方、現在の燃料の残量が所定の下限値以上の場合には、ステップ３０に戻る。この場合、作用角は、小作用角モード時よりも大きく大作用角モード時よりも小さい所定の標準値に設定されてもよいし、残量の少ない方に有利な一方のモードが実現されてもよい。後者の例として、例えば、現在の燃料の残量の下限値に対する余裕分が、現在の高圧バッテリ２０２の残量の下限値に対する余裕分よりも小さい場合には、小作用角モードを実現し、逆に、現在の高圧バッテリ２０２の残量の下限値に対する余裕分が、現在の燃料の残量の下限値に対する余裕分よりも小さい場合には、大作用角モードを実現する。
【００６４】
ステップ３４では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、ステップ３２と同様、現在の燃料の残量が所定の下限値未満であるか否かを判断する。現在の燃料の残量が所定の下限値未満である場合には、ステップ３６に進み、現在の燃料の残量が所定の下限値以上の場合には、ステップ３５に進み、消費電力が少ない大作用角モードが実現される。
【００６５】
ステップ３６では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の燃料の残量及び現在の高圧バッテリ２０２の残量が共にそれぞれの所定の下限値未満となっている状況に対応して、現在の高圧バッテリ２０２の残量と、現在の燃料の残量と、各作用角を実現した場合の電力消費特性及び燃料消費特性とに基づいて、走行可能な距離を最大化する作用角の最適値を求める。最適値の求め方は、上述の図９で示したステップ２１の処理と同様であってよい。
【００６６】
ステップ３７では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、上記ステップ３６で決定した作用角の最適値が実現されるように、吸気バルブ１２１〜１２４を制御する。
【００６７】
このように図１１に示す処理によれば、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に、揺動モードを実現しつつ、揺動モードにおける作用角を適切に決定するので、走行可能な距離を最大化することができる。これにより、オルタネータ２１０に異常が発生した場合に実現可能な退避走行距離が最大化されるので、運転者は、内燃機関１００が停止するまでに、十分な余裕を持って安全な場所へと退避走行を行うことが可能となる。
【００６８】
特に図１１に示す処理では、現在の高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量の何れか一方のみが少ない状況下で、例えば適当な退避地点が近傍に存在し、オルタネータ２１０に異常が発生した状態で長距離を走行しなくてもよい状況では、上記のステップ３６の処理を必要とせず、演算負荷を低減して簡易的に退避走行を支援することができる。一方、オルタネータ２１０に異常が発生した時点では高圧バッテリ２０２の残量と燃料の残量の何れか一方のみが下限値未満であったが、或いは、オルタネータ２１０に異常が発生した時点では双方とも下限値以上であったが、適当な退避地点が近傍に存在せず長距離を走行しなければならず、当該長距離の退避走行中に、高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量が共に下限値を下回るような状況もありうる。かかる状況では、処理負担よりも、可能な限り長い走行距離が実現されるような作用角の最適解の精度を優先すべきである。この点を考慮して、図１１に示す処理では、高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量が共に下限値を下回った時点から、上記のステップ３６の処理が実行され、高い精度で最適な作動角が決定されるので、かかる長距離の退避走行についても適切に支援することができる。
【００６９】
尚、上述の図８、図９、図１１に示した処理において、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により走行可能な距離が演算された場合には、当該走行可能な距離を音声ないし表示により運転者に対して報知することとしてもよい。これにより、運転者は、当該走行可能な距離を考慮しつつ、適当な退避ルートないし退避場所を選択することができる。また、図１１に示した処理において、高圧バッテリ２０２の残量と現在の燃料の残量が共に下限値を下回った場合に、運転者に対して最終的な注意喚起を行うことも可能である。
【００７０】
次に、図１２以降を参照して、内燃機関１００が停止するに先立って本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理について詳説する。図１２は、内燃機関１００が停止するに先立ってＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理を示すフローチャートである。
【００７１】
以下説明する図１２に示す処理は、例えばオルタネータ２１０にフェール（異常）が発生した場合に起動される割り込み処理であってよく、上述の図８、図９、図１１を参照して説明した各処理と独立的に実行されてもよいし、これらの処理のいずれかと組み合わせて実行されてもよい。
【００７２】
ステップ４０では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定値Ｔｈ未満であるか否かを判断する。所定値Ｔｈは、車両停止状態に至るまで駆動モータ１０１，１０２，１０３により吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４を後述の所定動作させるのに必要な電力に、所定の余裕分を付加した値に対応し、試験等により適合されてよい。現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定値Ｔｈ未満である場合には、ステップ４１に進み、現在の高圧バッテリ２０２の残量が所定値Ｔｈ以上である場合には、本処理ルーチンは終了する。尚、本処理が、上述の図８、図９、図１１を参照して説明した各処理の何れかと組み合わせて実行される場合には、上記のステップ４０にて否定判定された場合には、肯定判定されるまで(即ち高圧バッテリ２０２の残量が所定値Ｔｈを下回るまで)、上述の図８、図９、図１１を参照して説明した何れかの処理が継続的に繰り返し実行されてよい。尚、図１１を参照して説明した処理と組み合わせて実行される場合には、上記の所定値Ｔｈは、上述のステップ３１にて判定される所定の下限値よりも小さい値とされる。
【００７３】
ステップ４１では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、内燃機関１００を停止させるようエンジンＥＣＵ３０２に指令を出力する。これを受けて、エンジンＥＣＵ３０２は、内燃機関１００への燃料の供給動作や燃料の点火動作を停止させる。
【００７４】
ステップ４２では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、駆動モータ１０１，１０２，１０３を介して、吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４を、コンプレッション負荷が高くなるような位置に固定する。これにより、以後、車両の惰性的な走行中、内燃機関１００のピストンの運動に対して大きなコンプレッション負荷を作用させることができ、いわゆるエンジンブレーキが作動した状態を形成することができる。
【００７５】
ステップ４３では、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、車両停止後、内燃機関１００が運転者により始動できない状態を形成する。これは、例えば、内燃機関１００の始動用のイグニッションキーを機械的に無効化することで実現されてもよいし、エンジンスイッチの操作を無効化することで実現されてもよい。これにより、例えスターターが低圧バッテリ２０４側に存在し、低圧バッテリ２０４からの電力により作動可能であっても、当該スターターの作動を禁止することができる。この結果、オルタネータ２１０に異常が発生した状態で車両停止に至った場合に、内燃機関１００の再始動を禁止して車両の更なる走行を確実に禁止することができる。
【００７６】
図１３は、上記のステップ４２で実現される吸気バルブ１２１及び排気バルブ１３１の状態の一例を概略的に示す図である。図１４は、図１３に示す吸気バルブ１２１及び排気バルブ１３１の状態を実現した場合の第１気筒の気筒内圧力の変化を工程順に示す図である。尚、図１３には、第１気筒の吸気バルブ１２１及び排気バルブ１３１の状態を示すが、他の気筒についても同様であってよい。
【００７７】
図１３に示す例では、吸気工程と排気行程において、吸気バルブ１２１のリフト量が排気バルブ１３１のリフト量よりも大きくした状態で固定される。この結果、吸気工程では、吸入空気量が最大化される。排気行程では、排気バルブ１３１を完全に閉じる又は少しだけ開く一方で、吸気バルブ１２１を大きく開くことで、排気が吸入側で実現され、その結果、排気と吸気がぶつかり合い、コンプレッション負荷が発生する(図１４の排気行程の黒塗り部を参照)。このコンプレッション負荷がエンジンブレーキの役割を担う。尚、圧縮工程及び膨張行程では、排気バルブ１３１及び吸気バルブ１２１は閉弁状態に維持されてよい。即ち、排気バルブ１３１は全工程を通して実質的に閉弁状態に固定され、吸気バルブ１２１は、排気行程及び吸気工程で開弁状態に固定され、圧縮工程及び膨張行程で通常的に動作する。
【００７８】
ところで、オルタネータ２１０に異常が発生し、高圧バッテリ２０２の残量が低下して内燃機関１００を停止せざるを得なくなくなった際に、高圧バッテリ２０２の残量を全て枯渇させてしまうと、カムバイワイヤ機構の吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４を保持できず、車両にエンジンブレーキをかけることができなくなる。カムバイワイヤ機構を用いない通常システムでは、アクセルペダルを離したときに車両にエンジンブレーキがかかるので、かかるシステムに慣れたユーザにとっては、エンジンブレーキがかからないことに違和感を感じうる。
【００７９】
これに対して、本実施例によれば、オルタネータ２１０に異常が発生し、高圧バッテリ２０２の残量が低下して内燃機関１００を停止せざるを得なくなくなった場合にも、高圧バッテリ２０２の残量を僅かに残して、内燃機関１００を停止させるので、その後、吸気バルブ１２１〜１２４及び排気バルブ１３１〜１３４を、コンプレッション負荷が発生するように適切に動作させることで、通常システムと同様のエンジンブレーキを車両にかけることができる。これにより、ユーザに違和感を感じさせることなく、安全な退避走行を支援することができる。
【００８０】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００８１】
例えば、上述の実施例では、直列の４気筒の内燃機関１００を例に説明しているが、内燃機関は、V型や６気筒等、他の如何なる形態であってもよい。
【００８２】
また、上述の実施例では、走行可能な距離を指標として最適な作用角を決定しているが、走行可能な距離と実質的に等価なパラメータ、例えば、走行可能な時間や、高圧バッテリ２０２の残量と燃料の残量の何れか一方が枯渇するまでの時間を指標として、最適な作用角を決定することとしてもよい。
【００８３】
また、上述の実施例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６が、単方向（降圧型）のＤＣ／ＤＣコンバータであるとしたが、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０６が、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータであってもよい。この場合、駆動モータ１０１，１０２，１０３への電力供給は、高圧バッテリ２０２及びオルタネータ２１０に加えて、低圧バッテリ２０４により賄うことが可能となる。このため、上述の図８、図９、図１１に示した処理において、ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０は、高圧バッテリ２０２の残量に加えて、低圧バッテリ２０４の残量を考慮して、適切な動作モードを決定することとしてよい。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】カムバイワイヤ機構の主要部を示す図である。
【図２】カムバイワイヤ機構を備えた内燃機関１００に好適な電源システムを示す回路図である。
【図３】本発明による内燃機関１００のバルブ制御装置に関連する制御系の機能ブロック図である。
【図４】ＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される電気式バルブリフト装置によるバルブの動作モードの説明図である。
【図５】各動作モードにおける駆動モータ１０１の回転数を示すグラフである。
【図６】各動作モードにおける内燃機関１００の回転数と駆動モータ１０１の消費電力との関係を模式的に示すグラフである。
【図７】作用角と燃料消費量及び電力消費量との関係を示すグラフである。
【図８】本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理の一例（その１）を示すフローチャートである。
【図９】図９（Ａ）は、作用角θを実現した場合の単位走行距離当たりの消費電力を表す関数Ｆｂ（θ）を示し、図９（Ａ）は、作用角θを実現した場合の単位走行距離当たりの消費燃料を表す関数Ｆｆ（θ）を示すグラフである。
【図１０】本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理のその他の例（その２）を示すフローチャートである。
【図１１】本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理のその他の例（その３）を示すフローチャートである。
【図１２】内燃機関１００が停止するに先立って本実施例のＣＢＷ・ＥＣＵ３１０により実現される主要処理を示すフローチャートである。
【図１３】図１２のステップ４２の処理で実現される吸気バルブ１２１及び排気バルブ１３１の状態の一例を概略的に示す図である。
【図１４】図１３に示す吸気バルブ１２１及び排気バルブ１３１の状態を実現した場合の第１気筒の気筒内圧力の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１００    内燃機関
１０１，１２０，１０３    駆動モータ
１１０Ａ，１１０Ｂ    カムバイワイヤ機構
１１１，１１２，１１３    カムシャフト
１２１，１２２，１２３，１２４    吸気バルブ
１３１，１３２，１３３，１３４    排気バルブ
１４１，１４２，１４３，１４４    カム
１５１，１５２，１５３，１５４    カム
２００    電源システム
２０２    高圧バッテリ
２０４    低圧バッテリ
２０６    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１０    オルタネータ
２１２    昇圧コンバータ
２１４    インバータ
３００    バルブ制御装置
３０２    エンジンＥＣＵ
３１０    ＣＢＷ・ＥＣＵ
３１２    クランクポジションセンサ
３１８    燃料計センサ
３２０    バッテリ温度センサ
３２２    バッテリ電流センサ
３２４    バッテリ電圧センサ
【図１】
2007315293.tif 000003
【図２】
2007315293.tif 000004
【図３】
2007315293.tif 000005
【図４】
2007315293.tif 000006
【図５】
2007315293.tif 000007
【図６】
2007315293.tif 000008
【図７】
2007315293.tif 000009
【図８】
2007315293.tif 000010
【図９】
2007315293.tif 000011
【図１０】
2007315293.tif 000012
【図１１】
2007315293.tif 000013
【図１２】
2007315293.tif 000014
【図１３】
2007315293.tif 000015
【図１４】
2007315293.tif 000016