(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けた吸入空気量測定手段と、吸入空気量を制御するスロットルと、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを運転状態に応じて変化させる可変機構とを備えたエンジンにおいて、
バルブタイミングに応じてスロットル制限開度を規定する手段を備え、このスロットル制限開度を超えないようにスロットル開度を制限することを特徴とするエンジンの出力制御装置。
【請求項２】
スロットル制限開度は、同一のバルブタイミングにおいてエンジン回転数に応じて決まる吸入空気量測定手段の測定エラーが許容範囲に入る最小の開度に設定される請求項１に記載のエンジンの出力制御装置。
【請求項３】
吸気通路に設けた吸入空気量測定手段と、吸入空気量を制御するスロットルと、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを運転状態に応じて変化させる可変機構とを備えたエンジンにおいて、
バルブタイミングとエンジン回転数に応じてスロットル制限開度を規定する手段を備え、このスロットル制限開度を超えないようにスロットル開度を制限することを特徴とするエンジンの出力制御装置。
【請求項４】
前記スロットル制限開度は、バルブタイミングとエンジン回転数に応じて決まる吸入空気量測定手段の測定エラーが許容範囲に入る最大の開度に設定される請求項３に記載のエンジンの出力制御装置。
【請求項５】
バルブタイミング可変機構の故障を判定する手段を備え、故障判定時にはスロットル故障制限開度を超えないようにスロットル開度を制限する請求項１〜４のいずれか一つに記載のエンジンの出力制御装置。
【請求項６】
前記スロットル故障制限開度は一定の小スロットル開度に設定される請求項５に記載のエンジンの出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はバルブタイミングを可変としたエンジンの出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの吸排気効率を最良にするために、複数の特性の異なる吸排気カムをもち、運転状態によってカム切換を行い、バルブタイミングを変化させるものが、特開平５−７９７６３号公報などにより知られている。
【０００３】
なおこの場合、カム切換機構に故障が起きたときは、カム切換を禁止すると共にアクセル−スロットル特性を故障用に設定したものとすることで、運転性の悪化を防いでる。
【０００４】
また、吸気弁または排気弁のバルブタイミングを運転状態により変化させるのに、例えば吸気カムシャフトの回転位相を変化させ、吸気弁の閉時期を遅らせたりすることが知られている。吸気弁の閉時期を遅らせることにより、シリンダに吸入される空気の一部が圧縮行程で吸気系に押し戻され、このため圧縮圧力が下がり、振動を低減することができる。
【０００５】
ハイブリッド車両では駆動源として、エンジンとモータを備え、エンジンを主としてバッテリの充電に用いる場合、通常のエンジン駆動の車両に比較してエンジンの始動と停止が頻繁に繰り返されるため、エンジン始動時、停止時のバルブタイミングを大幅に遅らせることにより、これら始動時、停止時のエンジン振動を抑制し、不快な振動を抑え、かつエンジンの静粛化を図っている。
【０００６】
このことは、ハイブリッド車両でなくても、アイドル運転時に自動的にエンジンを一次停止するアイドルストップ機能を備えたエンジンにも同じように適用されることがある。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】
上記したように、とくに吸気弁のバルブタイミングを大きく遅らせたときには、シリンダに吸い込んだ空気の一部が吸気系に押し戻され、これによる空気の脈動の影響が大きくなり、エアフローメータの出力誤差が生じやすくなる。
【０００８】
吸入空気量は、各気筒の吸気行程に対応して脈動的に変化するが、これに押し戻された空気の脈動分が重なるため、とくにスロットル開度が比較的大きい領域においては、脈動が大きくなり、吸入空気量の測定精度に悪影響をもたらすのである。
【０００９】
これらの結果、エアフローメータの出力に基づいて決定される燃料噴射量や点火時期が、その運転状態での最適な状態から変化し、例えば、点火時期が進み過ぎたりするとノッキングを起こすことがある。
【００１０】
このような問題を回避するために、エアフローメータのエラーについて、スロットル開度、回転数に応じて設定した補正マップにしたがって補正することがあるが、この場合、補正マップはそれぞれのバルブタイミング毎に設定する必要があるため、燃料噴射量や点火時期などを演算、制御するマイクロプロセッサの演算負荷が著しく増大してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、そのときのバルブタイミングに基づいてスロットル開度の最大値を制限することにより、吸入空気量の測定誤差が生じないようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、吸気通路に設けた吸入空気量測定手段と、吸入空気量を制御するスロットルと、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを運転状態に応じて変化させる可変機構とを備えたエンジンにおいて、バルブタイミングに応じてスロットル制限開度を規定する手段を備え、このスロットル制限開度を超えないようにスロットル開度を制限する。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、スロットル制限開度は、同一のバルブタイミングにおいてエンジン回転数に応じて決まる吸入空気量測定手段の測定エラーが許容範囲に入る最小の開度に設定される。
【００１４】
第３の発明は、吸気通路に設けた吸入空気量測定手段と、吸入空気量を制御するスロットルと、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを運転状態に応じて変化させる可変機構とを備えたエンジンにおいて、バルブタイミングとエンジン回転数に応じてスロットル制限開度を規定する手段を備え、このスロットル制限開度を超えないようにスロットル開度を制限する。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、前記スロットル制限開度は、バルブタイミングとエンジン回転数に応じて決まる吸入空気量測定手段の測定エラーが許容範囲に入る最大の開度に設定される。
【００１６】
第５の発明は、第１〜第４の発明において、バルブタイミング可変機構の故障を判定する手段を備え、故障判定時にはスロットル故障制限開度を超えないようにスロットル開度を制限する。
【００１７】
第６の発明は、第５の発明において、前記スロットル故障制限開度は一定の小スロットル開度に設定される。
【００１８】
【作用、効果】
第１〜第４の発明において、運転状態に応じてバルブタイミングが可変制御されると、これに応じてエアフローメータの出力誤差が生じる領域が変動する。とくに吸気弁のバルブタイミングが大きく遅角されたときなど、スロットル開度が有る程度大きくなると、圧縮行程において吸気系に押し戻される空気の影響を受けてエアフローメータの出力誤差が大きくなる。
【００１９】
しかし、このバルブタイミングの変化に対応してスロットル許容制限開度を設定し、これよりもスロットル開度が大きくならないようにしたので、空気脈動の影響を受けず、エアフローメータの出力誤差を阻止できる。したがって、このようにエラーの無いエアフローメータの出力に基づいて燃料供給量や点火時期などを制御することで、常に適正な制御が行え、ノッキングなどの発生を確実に回避できる。
【００２０】
また、第２、第４の発明では、スロットル許容制限開度をマップ検索などに基づいて設定することが可能となり、マイクロプロセッサなどの演算回路の演算負荷を減少させることができる。
【００２１】
第５、第６の発明では、バルブタイミング可変機構に故障が起きたときには、スロットル開度をさらに小さなスロットル制限開度に制限することにより、エアフローメータ５のエラー領域に入ることを確実に阻止し、このようなときでも正確なエンジン制御を保証することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１において、１はエンジン本体、２は吸気通路、３は排気通路であり、吸気通路２にはエアクリーナ４の下流にエアフローメータ５と、スロットル６とが直列に配置される。
【００２４】
エアフローメータ５は吸入空気量を測定する手段であり、熱線式、カルマン渦式センサ、フラップ式、あるいは吸気系の負圧を検出するセンサなどが用いられる。スロットル６はアクセルペダルとは独立して作動する電制スロットルであり、スロットルモータによりその開度が制御されるが、通常のアクセルに連動するタイプのスロットルであってもよい。
【００２５】
スロットル６の下流には燃料をエンジンに供給する燃料インジェクタ７が設置される。エンジン本体１は吸気弁８と排気弁９が設けられ、このうち、少なくとも吸気弁８の開閉時期については連続的に可変制御することが可能なバルブタイミング連続可変機構１０が備えられる。
【００２６】
このバルブタイミング連続可変機構１０は吸気弁８の開時期と閉時期を連続的に遅らせることができ、これによりエンジン始動時や停止時において、実圧縮圧力を下げ、エンジン振動を低減したりする。
【００２７】
また、エンジン本体１には点火栓１１が設けられ、圧縮された混合気を所定のタイミングで点火する。
【００２８】
前記燃料インジェクタ７から供給される燃料噴射量、点火栓１１の点火時期、スロットル６の開度、吸気弁８のバルブタイミングなどを運転状態に応じて最適に制御するために、マイクロプロセッサ、記憶回路、入出力回路などから構成されるコントローラ２０が備えられる。
【００２９】
このためコントローラ２０には、運転状態を代表する種々の信号が入力し、すなわち、エアフローメータ５から吸入空気量信号、クランク角度センサ２１からの回転数信号、エンジン冷却水温を検出する水温センサ２２からの冷却水温信号、アクセル開度センサ２３からのアクセル開度信号、車速を検出する車速センサ２４からの車速信号がそれぞれ入力し、さらに加えて、スロットル６の開度を検出するスロットルセンサ２５からの実スロットル開度信号、排気通路２の排気センサ２６からの空燃比信号、バルブタイミング連続可変機構（ＣＶＴＣ）１０の実バルブタイミングを検出するセンサ２７からの実バルブタイミング信号が入力する。コントローラ２０はこれらに基づいて、燃料インジェクタ７に燃料噴射信号、点火栓１１に点火信号を送り、またスロットル６にアクセル開度（目標トルク）と回転数に対応してスロットル制御信号を出力し、またバルブタイミング連続可変機構１０にバルブタイミング制御信号を出力する。
【００３０】
この場合、スロットル６の開度については、実際の開度が検出され、これが目標値と一致するようにフィードバック制御される。
【００３１】
前記バルブタイミング連続可変機構１０はバルブタイミング制御信号によりソレノイドバルブが駆動され、これにより油圧が制御され、バルブタイミングが変化する。この場合、実際のバルブタイミングが検出され、目標値と一致するようにコントローラ２０によりフィードバック制御される。
【００３２】
バルブタイミング連続可変制御機構１０は、例えば図２のように構成される。
【００３３】
吸気カム軸４１の軸端部に取り付けられた内筒４２とこれを包囲する外筒４３との間にはピストン４４が嵌装されており、このピストン４４の前後にはぞれぞれ遅角側油室４５ａ、進角側油室４５ｂが画成されている。ピストン４４は内筒４２または外筒４３に対して斜めスプラインを介して嵌合しており、ピストン４４が図の左右何れかの方向に移動することにより内筒４２と外筒４３とが相対回転する。エンジン回転を吸気カム軸４１に伝達するカムスプロケット（図示せず）は外筒４３に取り付けられ、したがって吸気カム軸４１はピストン４４の位置に応じてエンジンクランク軸に対する位相を変化させる。
【００３４】
上記ピストン４４の位置は、その前後油室４５ａまたは４５ｂへの供給油圧により制御される。図において５１は前記油圧供給を制御するソレノイドバルブ装置を示しており、これは主に油圧供給方向を切り換えるスプール５２とこのスプール５２の位置を制御するソレノイド５３とからなっている。
【００３５】
図でスプール５２が左方に駆動されるとメーンギャラリ５４からのエンジン油圧がスプール中央のポートｃおよび遅角側油路５５ａを介して遅角側油室４５ａに導入される。このとき同時に進角側油室４５ｂは進角側油路５５ｂおよびスプール右側のポートｂを介してドレン通路５６に接続される。これによりピストン４４は左方に移動し、吸気カム軸４１は遅角方向に回転する。前記と反対に、スプール５２が右方に駆動されるとメーンギャラリ５４からのエンジン油圧がスプール中央のポートｃおよび進角側油路５５ｂを介して進角側油室４５ｂに導入されると共に、遅角側油室４５ａは遅角側油路５５ｂａおよびスプール左側のポートａを介してドレン通路５６に接続され、これによりピストン４４は右方に移動して吸気カム軸４１を進角方向に回転させる。スプール４４が中立位置にある図示状態では各油路５４ａ，ｂおよび油室４５ａ，ｂが何れのポートａ，ｂ，ｃとも連通しないオイルロック状態となるためピストン４４および吸気カム軸４１はそのときの位置で固定される。
【００３６】
吸気弁８の作動時期の制御は、吸気弁位置検出手段として機能するカム位置検出センサ２７からの信号に基づき、コントローラ２０が所定の吸気弁作動時期となるようにソレノイド５３を駆動してフィードバック制御する。これは、例えばクランク角度センサ２１から発せられる基準位置信号（REF信号）をトリガとして前記カム位置検出センサ２７からのカムターゲット信号が入力するまでの回転角度のカウントを行い、このカウント結果ｃａと予め定められたカム基準位置との偏差から吸気カム軸４１の実位置を検出する（図２のセンサ信号部参照）。このようにして求めた前記実カム位置が目標位置となるようにコントローラ２０はＰＩ制御によりソレノイドバルブ装置５１を駆動する。このとき、ソレノイドバルブ装置５１の不感帯を除去するとともに応答を高めるためにバルブ駆動信号にディザ信号を重畳させている（図２の制御信号部参照）。
【００３７】
次に本発明では、コントローラ２０は吸気弁８のバルブタイミングの可変制御と関連して、スロットル６の最大開度を制限することにより、エアフローメータ５の測定誤差が生じるのを防ぎ、空燃比や点火時期が最適値から変動し、ノッキングなどを起こすことのないように制御する。
【００３８】
このスロットル開度制御動作については、以下のフローチャートにしたがって詳しく説明する。
【００３９】
図３は目標スロットル開度を設定するためのフローチャートであり、まずステップＳ１で目標トルクとエンジン回転数を読み込み、さらにステップＳ２でバルブタイミング連続可変機構１０を介して、後で述べるように制御される吸気弁８のバルブタイミングを読み込む。
【００４０】
ステップＳ３では、目標トルクとエンジン回転数に基づいて、図８で示すようなスロットル開度Ｔθのマップを検索してスロットル開度Ｔθを算出する。スロットル開度Ｔθは目標トルクが大きくなるほど増大する。
【００４１】
ステップＳ４では、そのときのバルブタイミングとエンジン回転数とに基づいて、図９に示すようなスロットル最大開度を制限するマップを検索して、スロットル制限開度Ｌθを求める。
【００４２】
このスロットル制限開度Ｌθは、そのときのバルブタイミングと、回転数との交点が位置するスロットル開度制限曲線により求められる。例えば、図中のバルブタイミングがθ１、エンジン回転数がｎ１のときは、スロットル制限開度は、４０゜と２０°のほぼ中間値である略３０゜ということになる。このマップ特性は実験により、エアフローメータ５の出力誤差が許容限界を超えない最大のスロットル開度を、所定の単位バルブタイミングと回転数に基づいて、順次決定していくことで求められる。
【００４３】
そして、ステップＳ５で上記のようにして求めたスロットル開度Ｔθと、スロットル制限開度Ｌθとのうちいずれか小さい方の値を選択し、ステップＳ６でこれを目標スロットル開度として出力する。
【００４４】
次に図４は目標バルブタイミングの設定するためのフローチャートであり、ここではまず、ステップＳ１１で目標トルクと、エンジン回転数を読み込み、ステップＳ１２で、これら目標トルクと回転数に基づいて、図１０に示すようなバルブタイミングＶＴの設定マップを検索し、この検索したバルブタイミングＶＴをステップＳ１３で目標バルブタイミングとして出力する。
【００４５】
次に全体的な動作について説明する。
【００４６】
エンジンの運転状態により最適な吸気弁８のバルブタイミングＶＴが選択され、このバルブタイミングＶＴは、エンジン停止時、始動時に大幅に遅角される。これにより実圧縮圧力が下がり、エンジンを始動したり、停止したりするときなど、エンジン振動を抑制するのに効果を生じる。
【００４７】
一方、吸気弁８の閉時期が遅れるにしたがって、いったんシリンダに吸入された空気が吸気系に押し戻される量が大きくなり、これに伴って生じる空気の脈動によりエアフローメータ５の出力誤差が生じやすくなる。この空気脈動はスロットル６の開度が大きいほど大きくなり、上流側のエアフローメータ５に影響を及ぼす。したがって、スロットル開度が大きくなると、エアフローメータ５の出力の信頼性はそれだけ低下する。
【００４８】
図１１は、スロットル開度とバルブタイミングを変化させたときの熱線式エアフローメータの計測流量と実際の流量との偏差（計測エラー率）を表すものであるが、ある設定状態から変化させたときに、ある回転数を境にして、低速側では計測値よりも実空気量が多く、高速側では実空気量が小さくなる傾向がある。
【００４９】
エアフローメータ５の出力誤差が大きい状態（エラー領域）で、この出力に基づいて燃料噴射量や点火時期が制御されると、本来の適正な空燃比や点火時期が得られず、例えば比較的負荷の大きい状態で、点火進角が大きくなり過ぎると、ノッキングを起こすことがある。
【００５０】
しかし、本発明ではバルブタイミングＶＴとそのときのエンジン回転数に基づいてスロットル制限開度Ｌθが設定され、目標トルクとエンジン回転数から算出されるスロットル開度Ｔθが、このスロットル制限開度Ｌθに達すると、それ以上にはスロットル開度が大きくならない。このスロットル制限開度Ｌθはエアフローメータ５の出力の許容誤差範囲内に設定されている。このため、エアフローメータ５のエラー領域に入るようなスロットル開度になることがなく、このときのエアフローメータ５の出力に基づいて制御される燃料噴射量、点火時期は、誤差の影響を含まない適正な値となる。
【００５１】
なお、スロットル６の制限開度Ｌθは、吸気弁８のバルブタイミングＶＴを大きく遅らせたときなど、相対的に小さくなり、このためエンジン出力が制限されてしまうが、上記したように、バルブタイミングＶＴを大きく遅らせるのは、エンジン始動時や停止時などを含む、比較的負荷の小さい領域であり、エンジン出力が制限されても実質的には問題がない。
【００５２】
次の実施形態について図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５３】
この実施形態は、スロットル制限開度ＬθをバルブタイミングＶＴにのみ応じて設定するようにしたものである。
【００５４】
ステップＳ２１〜ステップＳ２３までは図３のステップＳ１〜ステップＳ３までと同じであるが、スロットル制限開度を設定するステップＳ２４では、図１２に示すような、スロットル制限開度ＬθをバルブタイミングＶＴに基づいて設定したテーブルから検索し、決定している。
【００５５】
このスロットル制限開度は、同一のバルブタイミングにおいて、回転数を変化させたときに、エアフローメータ５の許容範囲を超えたエラーが発生する最小のスロットル開度を選び、これを順次バルブタイミングを所定量づつ変化させたときの各制限開度値を結んでいき、これをスロットル制限開度Ｌθとして求めたものである。
【００５６】
そして、ステップＳ２５では、演算されたスロットル開度Ｔθと、このスロットル制限開度Ｌθのうち、いずれか小さい方を目標スロットル開度として決定し、出力するのである。
【００５７】
したがって、この実施形態によれば、設定されたスロットル制限開度Ｌθはそのバルブタイミングにおいて最も小さいスロットル開度ということになり、最も安全サイドのスロットル開度となる。このようにすることにより、スロットル制限開度Ｌθを設定するためのパラメータがバルブタイミングＶＴだけとなり、コントローラでの演算負荷をそれだけ小さくできる。
【００５８】
図６、図７のフローチャートによって更に別の実施形態を説明する。
【００５９】
この実施形態では、バルブタイミング連続可変機構１０の故障時にスロットル制限開度を小さな開度に設定し、エアフローメータのエラー領域に入らないようにしたものである。
【００６０】
図６において、ステップＳ３１〜ステップＳ３４までは、図５のステップＳ２１〜ステップＳ２４までと同じであり、次いで、ステップＳ３５ではバルブタイミング連続可変機構１０の故障判定を行う。
【００６１】
ここで、この故障判定について図７にしたがって説明する。
【００６２】
ステップＳ４１で現在のバルブタイミングＶＴｎを検出し、さらにステップＳ４２で目標バルブタイミングＶＴｔを読み込み、ステップＳ４３でＶＴｎ＝ＶＴｔかの判断を行う。もし、異なるときは、ステップＳ４４に進んで所定のディレイ時間が経過するまでまち、所定の時間経過後にもかかわらず、ＶＴｎがＶＴｔと異なるときは、ステップＳ４５で目標どおりのバルブタイミングに制御されていないものとして故障判定をする。
【００６３】
これに対して、ステップＳ４３でＶＴｎ＝ＶＴｔのときは、ステップＳ４６に進んでバルブタイミング連続可変機構１０に故障はないものと判定する。
【００６４】
図６に戻って、ステップＳ３５で故障が無いものと判断されたときは、ステップＳ３６に進んで、前記したスロットル開度Ｔθと、制限開度Ｌθとのうち、いずれか小さい方の開度を選択し、ステップＳ３９において、これを目標スロットル開度として出力する。
【００６５】
これに対して、ステップＳ３５で故障と判断したときは、ステップＳ３７において故障時のスロットル制限開度Ｍθを、図１３に示すようなテーブルを参照してして算出する。
【００６６】
この故障時スロットル制限開度Ｍθは一定の値であり、通常のエラーに対する制限開度Ｌθに比較して大幅に小さな開度となっていて、アクセル開度（目標開度）に対して実際のトルクが低下し、動力性能は悪化するが、エアフローメータ５のエラー領域に入らないため、ノッキングなどを確実に防止することが可能となる。
【００６７】
次いでステップＳ３８で前記したスロットル開度Ｔθと、制限開度Ｌθと、この故障時制限開度Ｍθのうち、最も小さいスロットル開度を選択し、これをステップＳ３９で目標スロットル開度として出力する。
【００６８】
このようにして、バルブタイミング連続可変機構１０に故障が起きたときは、スロットル開度は、故障時のスロットル制限開度Ｍθに制限され、エアフローメータ５のエラー領域からは確実に外れる最小の開度に設定される。このため動力性能に多少の低下はきたすが、燃料噴射量や点火時期は適正に制御することができ、ノッキングなどを確実に防止することが可能となる。
【００６９】
スロットル６としてアクセルと独立して作動する電制スロットルを備えた例を説明したが、これをアクセルに連動するスロットルとする場合には、スロットル開度を制限するための可変的な制限機構（ストッパなど）を設け、この制限機構によって決まる許容範囲を前記選択されたスロットル制限開度となるように制御することなどにより、スロットル開度を可変的に制限できる。
【００７０】
上記したエンジンのスロットル開度制限機構は、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両のエンジンに最適であるが、これに限定されるわけではなく、通常のエンジンにも勿論適用できる。
【００７１】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す概略構成図である。
【図２】バルブタイミング連続可変機構の要部を示す断面図である。
【図３】第１の実施形態の制御動作のフローチャートである。
【図４】同じく制御動作のフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の制御動作のフローチャートである。
【図６】第３の実施形態の制御動作のフローチャートである。
【図７】同じく制御動作のフローチャートである。
【図８】スロットル開度の設定マップである。
【図９】スロットル制限開度の設定マップである。
【図１０】バルブタイミングの設定マップである。
【図１１】エアフローメータの特性説明図である。
【図１２】スロットル制限開度の設定テーブルである。
【図１３】故障時のスロットル制限開度の設定テーブルである。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  吸気通路
３  排気通路
５  エアフローメータ
６  スロットル
７  燃料インジェクタ
８  吸気弁
１０  バルブタイミング連続可変機構
２０  コントローラ
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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