JP4935775B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関バルブの開閉タイミングを機関運転状態に応じて制御する可変バルブタイミング機構が搭載された内燃機関の制御装置に関する。

車両等に搭載される内燃機関（以下、エンジンとも言う）においては、クランクシャフトの回転がタイミングチェーン等を介してカムシャフトに伝達される。エンジンの機関バルブ（吸気バルブ・排気バルブ）は、カムシャフトのカムにより周期的に押し下げられて往復動し、吸気通路・排気通路を開閉する。このタイプのエンジンでは、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相は常に一定である。これに対し、近年では、エンジンに可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構を搭載している（例えば、特許文献１、２参照）。可変バルブタイミング機構は、エンジンの出力向上、燃費向上、排気エミッション低減などを目的として、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、機関バルブの開閉タイミングを変更する機構である。

可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴとも言う）としては、例えばヘリカルスプライン式とベーン式の機構とがある。これらのうち、ベーン式ＶＶＴは、例えば、内周面に凹部が形成されたハウジングと、そのハウジングの凹部を２つの油圧室（遅角側油圧室、進角側油圧室）に区画するベーンを有する内部ロータとを備え、前記ハウジングをクランクシャフトに連結し、内部ロータをカムシャフトに連結した状態で、前記遅角側油圧室及び進角側油圧室に供給する油圧をオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）によって制御することにより、クランクシャフトとカムシャフトとの回転位相をずらして機関バルブの開閉タイミングを連続的に変化させる構造となっている。

また、車両に搭載されるエンジンにおいては、アイドル運転時の実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数に一致するように、スロットルバルブの開度（スロットル開度）を調整してエンジンへの吸入空気量をフィードバック制御するアイドル回転数制御（ＩＳＣ：Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が実行されている。

さらに、車両に搭載されるエンジンにおいては、燃焼によって得られる出力を効率よく得ること、及び、排気ガス浄化性能や燃費性能を良好とすることを目的として点火時期制御が行われている。このようなエンジンの点火時期制御では、エンジン回転数及び負荷などのエンジンの運転状態に基づいて点火時期を求めている。

一方、車両に搭載されるエンジンにおいては、例えば、スロットル開度が全閉状態（アイドルオン）で、かつ、エンジン回転数が所定値（カット回転数）以上であるという条件が成立したときに、フューエルカット（以下、Ｆ／Ｃとも言う）を実行している。

このようなアイドルオンＦ／Ｃ制御においては、通常、カット回転数を、アイドルオンで定常走行が可能なエンジン回転数よりも高く設定することで、Ｆ／Ｃハンチングを防止している。しかし、燃費・触媒臭等の要求に応えるにはカット回転数を低めに設定することが必要である。このような点から、従来制御では、エンジン水温に応じたカット回転数の可変設定（ファーストアイドル変化対応）や、エアコンＯＮ／ＯＦＦやフレックスロックアップ有無等の切り分け設定（補機、ＥＣＴ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）の負荷変化対応）などを行っている。

なお、Ｆ／Ｃハンチングに関する技術として下記の特許文献３に記載のものがある。この特許文献３に記載の技術では、アイドル時のバイパス空気量の大小に応じて燃料カット復帰回転数を補正することで、Ｆ／Ｃハンチングを抑制している。
特開平１１−３２４７７８号公報 特開２０００−７３８０３号公報 特開平５−３４０２８８号公報

ところで、ＶＶＴが搭載されたエンジンにおいては、冷間時（例えば冷間ファーストアイドル時）のエミッション向上のためにＶＶＴ制御（例えば排気側ＶＶＴの制御）を実行することが検討されている。しかし、ＶＶＴ制御を実行するとトルクが変化するため、例えば上記したアイドルオンＦ／Ｃ制御を実施する場合、Ｆ／Ｃハンチングが発生する可能性がある。この点について図１４を参照して説明する。

まず、図１４において、例えばＶＶＴが非制御状態（アクセルペダルが軽く踏まれた状態）であり、トルクＴＱ１で走行している時（ｂ１）はスロットル開度ＴＡは開（アイドルオフ）である。このような状況からＶＶＴ制御の実行条件が成立してＶＶＴ制御が実行されると、スロットル開度ＴＡが同じでも、トルクがＴＱ２に増加するためエンジンの動作点はａ２となる。こうした状況になると、（Ａ）『ドライバは定常走行を保つ（トルクＴＱ１を維持する）ように、アクセル戻し操作を行うのでスロットル開度ＴＡが全閉（ａ１）となってアイドルオンとなる。ここで、ある定常走行時のつりあいトルクがＴＱ１であるとすると、ＶＶＴ非制御時ではスロットル開度ＴＡがｂ２となるが、ＶＶＴ制御時ではスロットル開度ＴＡがｂ２となるので、ＴＱ２までトルクがでるためドライバは足を戻してトルクをＴＱ１に近づけようとする。ＶＶＴ制御時の全閉トルクがＴＱ３であるとすると、ＴＱ３＞ＴＱ１の関係にあるときは、走行抵抗がつりあうまでエンジン回転数ＮＥが上昇する（なお、ＴＱ３＝ＴＱ１ならば、エンジン回転数ＮＥは維持される）。このとき、エンジン回転数ＮＥがカット回転数に達する』とＦ／Ｃが実行される。Ｆ／Ｃが実行されると、エンジン回転数ＮＥ及び車速が低下し、Ｆ／Ｃ解除条件（ＮＥ＜復帰回転数）が成立した時点でＦ／Ｃ復帰（Ｆ／Ｃ解除）となる。この後、ドライバが定常走行（車速）を保つようにアクセル操作を行うと、上記した（Ａ）の過程のあと、再度Ｆ／Ｃ条件が成立してＦ／Ｃが実行される。このようにしてＦ／Ｃ実行とＦ／Ｃ解除とが交互に繰り返される（Ｆ／Ｃハンチング）。

このようなＦ／Ｃハンチングを防止するには、アイドルオンＦ／Ｃ制御の実施条件であるカット回転数を高く設定することが考えられるが、カット回転数を一律に上げてしまうと、ＶＶＴ制御を実行しないときに燃費が悪化し、触媒臭が発生する可能性がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、機関バルブの開閉タイミングを機関運転状態に応じて制御する可変バルブタイミング機構が搭載された内燃機関の制御装置において、可変バルブタイミング機構の制御を実行したときのトルク変化による影響（例えばＦ／Ｃハンチング）を抑制することが可能な制御の実現を目的とする。

本発明は、燃焼室内に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と吸気通路との間を選択的に開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と排気通路との間を選択的に開閉する排気バルブと、前記吸気バルブ及び排気バルブのうちの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを当該内燃機関の運転状態に応じて調整する可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関の制御装置を前提としており、このような内燃機関の制御装置において、アイドルオンのときに機関回転数に基づいてフューエルカットを実行するアイドルオンフューエルカット制御手段を備えており、前記アイドルオンフューエルカットのカット条件を、前記アイドルオンフューエルカットの実行条件であるカット回転数、及び、前記アイドルオンフューエルカットからの復帰条件である復帰回転数とする。そして、前記可変バルブタイミング機構の制御量が所定の判定閾値以上である場合には、下限ガード値を用いて前記復帰回転数に対して下限ガード処理を行うことにより、前記可変バルブタイミング機構の制御時の前記カット回転数及び前記復帰回転数を当該可変バルブタイミング機構の非制御時に対して高い側に設定することを特徴としている。なお、以下の説明では、可変バルブタイミング機構の制御のことをＶＶＴ制御と言い、可変バルブタイミング機構の非制御のことをＶＶＴ非制御と言う場合もある。

本発明によれば、例えば冷間時にＶＶＴ制御が実行されても、そのＶＶＴ制御による影響（例えばＦ／Ｃハンチング）を抑制することができる。この点について説明する。

まず、アイドルオンのときに機関回転数に基づいてＦ／Ｃを実行するアイドルオンＦ／Ｃ制御手段を備えている場合、アイドルオンＦ／Ｃのカット条件を、ＶＶＴ制御の制御量に応じて変更するという構成を採用する。なお、本発明で言う「カット条件」とは、アイドルオンＦ／Ｃを実行条件であるカット回転数、及び、アイドルオンＦ／Ｃからの復帰条件（解除条件）である復帰回転数である。これらカット回転数と復帰回転数との関係は、例えば［カット回転数＝復帰回転数＋α（ヒステリシス）］である。

そして、この発明においては、ＶＶＴの制御量に応じてアイドルトルクが変化し、これに伴ってアイドルオン走行可能なエンジン回転数が変化する点を考慮して、例えばＶＶＴ制御量が一定以上変化したときにアイドルオンＦ／Ｃのカット条件を変更する。具体的には、例えば、上記した復帰回転数に下限ガードを設けてカット回転数を高い側に設定することによって、Ｆ／Ｃハンチングの発生を抑制することができる。これにより、例えば冷間時にＶＶＴ制御を実行することが可能になる。

この発明において、ＶＶＴ制御量に応じて変化するトルク変化量を求め、そのトルク変化量に基づいてカット条件を可変に設定する。具体的には、トルク変化量に基づいて上記Ｆ／Ｃ復帰回転数（カット回転数）の下限ガードを可変に設定するという構成を採用すれば、Ｆ／Ｃハンチングの発生をより効果的に抑制することができる。

本発明によれば、例えば、冷間時にＶＶＴ制御を実行しても、Ｆ／Ｃハンチングの発生を抑制することができるので、排気エミッションの向上とドライバビリティの向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明を適用するエンジン（内燃機関）について説明する。

−エンジン−
図１は本発明を適用するエンジンの概略構成を示す図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

エンジン１は、車両に搭載されるポート噴射型多気筒ガソリンエンジンであって、その各気筒を構成するシリンダブロック１ａ内には上下方向に往復動するピストン１ｃが設けられている。ピストン１ｃはコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転へと変換される。エンジン１のクランクシャフト１５は自動変速機等のトランスミッション（図示せず）に連結される。

クランクシャフト１５にはシグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には複数の突起（歯）１７ａが等角度ごとに設けられている。シグナルロータ１７の側方近傍にはクランクポジションセンサ（エンジン回転数センサ）３７が配置されている。クランクポジションセンサ３７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の突起１７ａに対応するパルス状の信号（出力パルス）を発生する。

エンジン１のシリンダブロック１ａには冷却水温を検出する水温センサ３１が配置されている。また、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが設けられており、このシリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間に燃焼室１ｄが形成されている。エンジン１の燃焼室１ｄには点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングはイグナイタ４によって調整される。

エンジン１のシリンダブロック１ａの下部には、潤滑油を貯留するオイルパン１８が設けられている。このオイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナ２０（図３参照）を介してオイルポンプ１９によって汲み上げられて、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などに供給され、各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、このようにして供給された潤滑油は、エンジン１の各部の潤滑・冷却等のために使用された後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプ１９によって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。

また、この例においては、オイルパン１８に貯留された潤滑油を、後述する可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと言う）１００ｉｎ，１００ｅｘの作動油にも利用している。なお、オイルポンプ１９は、エンジン１のクランクシャフト１５の回転によって駆動される機械式ポンプである。

エンジン１の燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は吸気ポート１１ａ及び吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。また、排気通路１２の一部は排気ポート１２ａ及び排気マニホールド１２ｂによって形成されている。

吸気通路１１には、エアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３２、吸気温センサ３３（エアフロメータ３２に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動される。スロットルバルブ５の開度（スロットル開度ＴＡ）はスロットル開度センサ３６によって検出される。

スロットルバルブ５は、エンジン回転数ＮＥと運転者のアクセルペダル踏み込み量（アクセル開度）等のエンジン１の運転状態に応じた最適な吸入空気量（目標吸気量）が得られるようにスロットル開度ＴＡが制御される。具体的には、スロットル開度センサ３６にて実際のスロットル開度ＴＡを検出し、その実スロットル開度ＴＡが、上記目標吸気量が得られるスロットル開度（目標スロットル開度）に一致するようにスロットルバルブ５のスロットルモータ６がフィードバック制御される。なお、このようなスロットルバルブ５の制御は後述するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３００によって実行される。

一方、エンジン１の排気通路１２には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ₂センサ３４及び三元触媒８が配置されている。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間に吸気バルブ１３が設けられており、この吸気バルブ１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間に排気バルブ１４が設けられており、この排気バルブ１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。吸気カムシャフト２１と排気カムシャフト２２の各端部にはそれぞれ吸気側ＶＶＴ１００ｉｎと排気側ＶＶＴ１００ｅｘとが設けられている。これら吸気側ＶＶＴ１００ｉｎ及び排気側ＶＶＴ１００ｅｘについては後述する。

また、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の近傍にはそれぞれカムポジションセンサ３８，３９が配置されている。各カムポジションセンサ３８，３９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２に一体的に設けられたロータ外周面の１個の突起（図示せず）に対向するように配置されており、その各カムシャフト２１，２２が回転する際にパルス状の信号を出力する。なお、吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が７２０°回転するごとに各カムポジションセンサ３８，３９が１つのパルス状の信号を発生する。

そして、吸気通路１１には燃料噴射用のインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。インジェクタ２には燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給され、吸気通路１１の吸気ポート１１ａ内に燃料が噴射される。この噴射燃料は吸入空気と混合されて混合気となってエンジン１の燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。この混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によりピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。

以上のエンジン１の運転状態はＥＣＵ３００によって制御される。そして、このＥＣＵ３００により実行されるプログラムによって本発明の内燃機関の制御装置が実現される。

−ＶＶＴ−
吸気側ＶＶＴ１００ｉｎ及び排気側ＶＶＴ１００ｅｘは、図２及び図３に示すように、略中空円盤状のハウジング１０１と、このハウジング１０１内に回転自在に収容されたベーンロータ１０４とを備えている。ベーンロータ１０４には複数（この例では４枚）のベーン１０５が一体形成されている。ベーンロータ１０４はセンタボルト１０６によって吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）に固定されており、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）と一体となって回転する。

ハウジング１０１の前面側はフロントカバー１０７によって覆われている。これらハウジング１０１とフロントカバー１０７とはボルト１０８にてスプロケット１０９に固定されており、ハウジング１０１及びフロントカバー１０７はスプロケット１０９と一体となって回転する。スプロケット１０９は、タイミングチェーン１１０を介してクランクシャフト１５に連結される。

ハウジング１０１の内部には、ベーンロータ１０４のベーン１０５と同数の凸部１０２が形成されており、その各凸部１０２間に形成された凹部１０３内にベーンロータ１０４の各ベーン１０５が収容されている。各ベーン１０５の先端面は凹部１０３の内周面に摺動可能に接触している。ベーンロータ１０４は、作動油の圧力をベーン１０５で受けることによりハウジング１０１に対して相対回転する。この相対回転により、クランクシャフト１５に対する吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相が変化する。

ハウジング１０１の各凹部１０３には、ベーンロータ１０４のベーン１０５によって区画された２つの空間が形成されている。これら２つの空間のうち、ベーン１０５に対してカムシャフト回転方向（図３の矢印の方向）の後側の空間が進角側油圧室１１１を構成しており、カムシャフト回転方向の前側の空間が遅角側油圧室１１２を構成している。

以上の構造のＶＶＴ１００ｉｎ，１００ｅｘでは、進角側油圧室１１１内の油圧と遅角側油圧室１１２内の油圧によってベーンロータ１０４がハウジング１０１に対して相対回転する。すなわち、進角側油圧室１１１内の油圧を遅角側油圧室１１２内の油圧よりも高くすると、ベーンロータ１０４はハウジング１０１に対して吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転方向に相対回転する。このとき、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相はクランクシャフト１５の回転位相に対して進められる（進角）。これとは逆に、遅角側油圧室１１２内の油圧を進角側油圧室１１１の油圧よりも高くすると、ベーンロータ１０４はハウジング１０１に対して吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転方向と逆方向に相対回転され、吸気カムシャフト２１（または排気カムシャフト２２）の回転位相はクランクシャフト１５の回転位相に対して遅らされる（遅角）。そして、このような回転位相の調整によって吸気バルブ１３（または排気バルブ１４）の開閉タイミングを可変とすることができる。

次に、進角側油圧室１１１と遅角側油圧室１１２に供給する作動油の油圧を制御する油圧制御系の構成について図３を参照して説明する。

まず、吸気側ＶＶＴ１００ｉｎ及び排気側ＶＶＴ１００ｅｘには、その各進角側油圧室１１１と遅角側油圧室１１２とに供給する作動油の油圧を制御するオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）２００ｉｎ，２００ｅｘが接続されている。

ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘには、オイルポンプ１９によってオイルパン１８からオイルストレーナ２０を介して汲み上げられた潤滑油（作動油）がオイル供給通路１３１を介して供給される。また、各ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘには２つのオイル排出通路１３２，１３３が接続されている。ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘは電磁駆動式の流量制御弁であり、ＥＣＵ３００によって制御される。

ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘは、４ポート弁であって、ケーシング２０１の内部に往復移動可能に配設されたスプール２０２と、スプール２０２に弾性力を付勢する圧縮コイルばね２０３と、電磁ソレノイド２０４とを備えており、電磁ソレノイド２０４に電圧が印加されたときにスプール２０２が吸引されるようになっている。電磁ソレノイド２０４に印加する電圧は、ＥＣＵ３００（図４参照）によってデューティ制御される。電磁ソレノイド２０４が発生する吸引力は印加電圧のデューティ比に応じて変化する。この電磁ソレノイド２０４が発生する吸引力と圧縮コイルばね２０３の付勢力との釣り合いによってスプール２０２の位置が決定される。

そして、スプール２０２が移動することによって、進角側通路１２１及び遅角側通路１２２と、オイル供給通路１３１及びオイル排出通路１３２，１３３との連通量が変化し、進角側通路１２１及び遅角側通路１２２に対して供給される作動油の量、あるいは、これら進角側通路１２１及び遅角側通路１２２から排出される作動油の量が変化する。

例えば、吸気側のＯＣＶ２００ｉｎは、電磁ソレノイド２０４に印加される電圧のデューティ比が大きいほど、進角側通路１２１に供給される作動油の供給量が多くなって吸気カムシャフト２１の回転位相が進角される。一方、デューティ比が小さいほど、遅角側通路１２２に供給される作動油の供給量が多くなって吸気カムシャフト２１の回転位相が遅角される。このようにして進角側油圧室１１１及び遅角側油圧室１１２内の油圧を調整することにより、ベーンロータ１０４の回転位相（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）を調整することができ、これによって吸気バルブ１３の開閉タイミングを最遅角位置から最進角位置までの範囲で任意に調整することができる。

なお、排気側のＯＣＶ２００ｅｘについても、吸気側のＯＣＶ２００ｉｎと同様にデューティ制御され、排気バルブ１４の開閉タイミングを最進角位置から最遅角位置までの範囲で任意に調整することができる。ただし、遅角と進角との関係が吸気側のＯＣＶ２００ｉｎの場合とは逆になる。

以上の吸気側ＶＶＴ１００ｉｎ及び排気側ＶＶＴ１００ｅｘの作動（ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘの制御）はＥＣＵ３００によって制御される。ＥＣＵ３００は、エンジン１の運転状態（例えばエンジン回転数・負荷）に基づいて、各ＶＶＴ１００ｉｎ，１００ｅｘに対しそれぞれ個別に設定されたマップを参照して、当該ＶＶＴ１００ｉｎ，１００ｅｘの作動を制御する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ３００は、図４に示すように、ＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３及びバックアップＲＡＭ３０４などを備えている。ＲＯＭ３０２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。

ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ３０３はＣＰＵ３０１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ＲＡＭ３０４はエンジン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。

これらＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、及び、バックアップＲＡＭ３０４はバス３０７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３０５及び出力インターフェース３０６と接続されている。

入力インターフェース３０５には、水温センサ３１、エアフロメータ３２、吸気温センサ３３、Ｏ₂センサ３４、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３５、スロットル開度センサ３６、クランクポジションセンサ３７、カムポジションセンサ３８，３９、及び、イグニッションスイッチ４０などの各種センサ・スイッチが接続されている。

出力インターフェース３０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットルバルブ５を駆動するスロットルモータ６、エンジン始動時のクランキング動作を行うためのスタータモータ１０、及び、ＯＣＶ２００ｉｎ，２００ｅｘなどが接続されている。

そして、ＥＣＵ３００は、上記した各種センサの出力に基づいて、燃料噴射量制御などを含むエンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ３００は、下記のアイドルオンＦ／Ｃ制御、ＩＳＣ制御、及び、点火時期制御を実行する。

−アイドルオンＦ／Ｃ制御−
ＥＣＵ３００は、アイドルオン時に燃料の噴射を中断するアイドルオンＦ／Ｃ制御を実行する。具体的には、スロットル開度センサ３６の出力信号から読み込まれるスロットル開度ＴＡと、クランクポジションセンサ３７の出力信号から読み込まれるエンジン回転数ＮＥとに基づいて、スロットルバルブ５が全閉状態（アイドルオン）で、かつ、エンジン回転数ＮＥが所定のカット回転数以上であるという条件が成立したときにアイドルオンＦ／Ｃを実行する。

ここで、この例では、冷間時（例えば冷間ファーストアイドル時）のエミッション向上を目的として、冷間時に排気側ＶＶＴ２００ｅｘの制御を実行するようにしている（この排気側ＶＶＴ２００ｅｘの制御を、以下、「ＶＶＴ制御」と言う）。しかし、ＶＶＴ制御を実行すると、そのＶＶＴ制御の制御量に応じてアイドルトルクが変化（トルクアップ）し、そのトルクアップによるＦ／Ｃハンチングが懸念される。

すなわち、上述したように、ＶＶＴ制御を実行すると、アイドルオン走行できる車速が上昇し、それに伴ってエンジン回転数も上昇（例えば図１４のトルクｂ１でバランスする回転数からトルクａ１でバランスする回転数に上昇）するため、そのエンジン回転数ＮＥがカット回転数に達するとＦ／Ｃが実行され、このＦ／Ｃ実行により車速及びエンジン回転数ＮＥが低下してＦ／Ｃ復帰となり、この後にスロットル開度ＴＡが「開」となることにより再度Ｆ／Ｃ条件が成立してＦ／Ｃが実施される、というＦ／Ｃハンチングが発生する可能性がある。

このような点を考慮して、この例では、アイドルオンＦ／Ｃ制御の実施条件であるカット回転数を、ＶＶＴ制御の制御量に応じて変更する点に特徴がある。その具体的な制御の例について図５及び図８を参照して説明する。なお、図５及び図８に示す制御では、ＶＶＴ非制御時をベースとしたベース復帰回転数をＶＶＴ制御の制御量に応じて変更する例を示す。ここで、ベース復帰回転数とカット回転数とは、［カット回転数＝ベース復帰回転数＋α（ヒステリシス）］の関係にある。

まず、図５に示す制御は、ＶＶＴ制御量が一定量以上変化したときにアイドルオンＦ／Ｃのベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを変更する場合の例を示している。図５の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

ステップＳＴ１１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて、図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。図６に示すマップは、エンジン１の冷却水温ＴＨＷをパラメータとして、アイドルオンＦ／Ｃを解除する復帰回転数ｅｎｒｔｂを実験・計算等によって経験的に求めた値をマップ化したものであり、ＥＣＵ３００のＲＯＭ３０２内に記憶されている。図６のマップにおいて、ベース復帰回転数ｅｎｒｔｂは、冷却水温ＴＨＷが低いほど大きな値となるように設定されている。

次に、ステップＳＴ１２において、アイドル時のＶＶＴ制御量が所定の判定閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合はリターンする。ステップＳＴ１２の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１２の判定処理に用いる判定閾値については、例えば、ＶＶＴ制御量の変化量とトルクアップ量とをパラメータとし、トルクアップによるＦ／Ｃハンチングが発生するＶＶＴ制御量の変化量を実験・計算等によって求めておき、その結果に基づいて経験的に適合した値を判定閾値とする。なお、この例では、判定閾値を定数としているが、これに限られることなく、エンジン１の運転条件に応じて判定閾値を可変に設定するようにしてもよい。

そして、ステップＳＴ１３では、冷却水温ＴＨＷに基づいて図７のマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード値を算出し、その下限ガード値を用いて、ＶＶＴ制御によるトルクアップ有時のベース復帰回転数に対して下限ガード処理（ｅｎｒｔｂ←ｅｎｒｔｂ＿≧［ｅｎｒｔｂの下限ガード値］）を実施する。

このようにして下限ガード処理を実施することにより、アイドルオンＦ／Ｃ条件であるカット回転数及びベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを、ＶＶＴ非制御時に対して高い側に設定することができる。これによってＶＶＴ非制御時でアイドルオフの状況からＶＶＴ制御が実行されてエンジン回転数Ｎｅが上昇する状況となっても、エンジン回転数がカット回転数よりも高くなることを回避することができ、Ｆ／Ｃハンチングの発生を抑制することができる。

なお、図７に示すマップは、アイドル時のＶＶＴ制御量が上記した判定閾値以上であるときにエンジン回転数の上昇分を考慮して、ベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード値を実験・計算等によって経験的に求めた値をマップ化したものであり、ＥＣＵ３００のＲＯＭ３０２内に記憶されている。図７のマップにおいて、下限ガード値は冷却水温ＴＨＷが低いほど大きな値となるように設定されている。

以上の図５に示す制御では、アイドル時のＶＶＴ制御量が一定値（判定閾値）以上であるときに、ベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード処理を実施しているが、これに限られることなく、ＶＶＴ制御量に応じて変化するアイドルトルクアップ量に応じて、ベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード値を可変に設定するようにしてもよい。

その具体的な制御の例について図８を参照して説明する。図８の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

まず、ステップＳＴ２１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。

次に、ステップＳＴ２２において、アイドル時のＶＶＴ制御量によるトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐをマップ等を参照して推定し、その推定したトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐからアイドルオン走行可能な回転数ｅｎｖｖｔｉｄｌを算出する。なお、トルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐは、エンジン１の運転条件（エンジン回転数ＮＥ、負荷ＫＬ、冷却水温ＴＨＷなど）を考慮して推定してもよい。

そして、ステップＳＴ２３において、上記ステップＳＴ２２で算出したアイドルオン走行可能な回転数ｅｎｖｖｔｉｄｌを用いてベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード処理を実行する。具体的には、［ｅｎｒｔｂ←ｅｎｒｔｂ＿≧ｅｎｖｖｔｉｄｌ−α＋β］の処理を実行してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガード処理を行う。ここで、［α］は上記したように［α＝カット回転数−ベース復帰回転数］である。また、［β］はアイドルオン走行可能な回転数ｅｎｖｖｔｉｄｌに対する余裕代である。

このようにＶＶＴ制御量に応じて変化するトルクアップ量に応じて、ベース復帰回転数ｅｎｒｔｂの下限ガードを可変に設定することで、Ｆ／Ｃハンチングの発生をより効果的に抑制することができる。

−ＩＳＣ制御−
ＩＳＣ制御は、エンジン１のアイドル運転時に実行される制御であり、アイドル運転時の実際のアイドル回転数が目標アイドル回転数に一致するようにスロットルバルブ５の開度を調整してエンジン１への吸入空気量をフィードバック制御する。

具体的には、エンジン１の運転状態に基づいてマップ等を参照して目標アイドル回転数を算出するとともに、クランクポジションセンサ２４の出力信号から実際のアイドル回転数（エンジン回転数ＮＥ）を読み込み、その実際のアイドル回転数がアイドル目標回転数（以下、単に「目標回転数」とも言う）に一致するようにスロットルバルブ５の開度を制御してエンジン１への吸入空気量をフィードバック制御する。

このようなＩＳＣ制御を利用して、ＶＶＴ非制御時でアイドルオフの状況からＶＶＴ制御が実行されたときのトルクアップによる影響を抑制する制御について図９及び図１１を参照して説明する。

まず、図９に示す制御は、ＶＶＴ制御量が一定量以上変化したときに、アイドルトルクのトルクアップ量をＩＳＣ制御の制御量によって相殺する場合の例を示している。図９の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

ステップＳＴ３１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて、図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。次に、ステップＳＴ３２において、アイドル時のＶＶＴ制御量が所定の判定閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合はリターンする。ステップＳＴ３２の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ３３に進む。なお、以上のステップＳＴ３１及びステップＳＴ３２の各処理は、図５の制御ルーチンのステップＳＴ１１及びステップＳＴ１２と同じ処理である。

そして、この例では、ステップＳＴ３３において、ＶＶＴ制御によるトルクアップ量が相殺されるように、ＩＳＣ制御の制御量ｅｑｃａｌを減量する［ｅｑｃａｌ←ｅｑｃａｌ−ｅｑｖｖｔ］。ここで、ＩＳＣ制御の制御量ｅｑｃａｌの減量値ｅｑｖｖｔは、例えばエンジン回転数ＮＥと冷却水温ＴＨＷとをパラメータとし、アイドル時のＶＶＴ制御量が上記した判定閾値以上であるときのトルクアップ量を考慮して作成した２次元マップを用いて算出する。

図９に示す制御によれば、ＶＶＴ非制御時でアイドルオフの状況からＶＶＴ制御が実行されても、そのＶＶＴ制御実行によるトルクアップ量を、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌの減量により小さくすることができるので、ＶＶＴ制御時にエンジン回転数ＮＥが上がることを抑制することができ、アイドルオンとなることを回避することができる。これによってＦ／Ｃハンチングの発生を抑制することができる。

以上の図９に示す制御では、アイドル時のＶＶＴ制御量が一定値（判定閾値）以上であるときに、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌを一定量減量しているが、これに限られることなく、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌをＶＶＴ制御量に応じて可変に設定するようにしてもよい。すなわち、例えば図１０に示すように、ＶＶＴ制御を実行したときには、そのＶＶＴ制御量に応じてトルク（トルクアップ量）が変化するので、そのトルクの変化量に応じて、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌの減量量を可変に設定するようにしてもよい。

その具体的な制御の例について図１１を参照して説明する。図１１の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

まず、ステップＳＴ４１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。

次に、ステップＳＴ４２において、アイドル時のＶＶＴ制御量によるトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐをマップ等を参照して推定する。なお、トルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐは、エンジン１の運転条件（エンジン回転数ＮＥ、負荷ＫＬ、冷却水温ＴＨＷなど）を考慮して推定してもよい。

そして、ステップＳＴ４３において、上記ステップＳＴ４２で推定したトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐを相殺するためのＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌの減量量を算出し、その算出値に基づいてＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌを減量する。

このようにＶＶＴ制御量に応じて変化するアイドルトルクのトルクアップ量に応じて、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌの減量量を可変に設定することで、Ｆ／Ｃハンチングの発生をより効果的に抑制することができる。

なお、ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌの減量量は、例えば、当該ＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌを変化（減量）させたときのエンジン１のトルクダウン量を予め実験・計算等によって求めておき、その結果を基に作成したマップ（例えば［トルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐ−ＩＳＣ減量量］の１次元マップ）を用いて算出する。

−点火時期制御−
この例のエンジン１においては、排気ガス浄化性能や燃費性能を良好とすることを目的として点火時期制御を実行する。エンジン１の点火時期制御では、エンジン回転数ＮＥ及び負荷ＫＬなどのエンジンの運転状態に基づいて点火時期を求めている。また、通常、このように算出される点火時期は、ノッキングの発生が抑制される条件の下で、エンジン１の出力トルク及び燃料消費率が最良となる点火時期（ＭＢＴ：Ｍｉｎｉｍｕｍ ｓｐａｒｋ ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）に近い時期が選ばれる。

このような点火時期制御を利用して、ＶＶＴ非制御時でアイドルオフの状況からＶＶＴ制御が実行されたときのトルクアップによる影響を抑制する制御について図１２及び図１３を参照して説明する。

まず、図１２に示す制御は、ＶＶＴ制御量が一定量以上変化したときに、アイドルトルクのトルクアップ量をＩＳＣ制御の制御量によって相殺する例を示している。図１２の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

ステップＳＴ５１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて、図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。次に、ステップＳＴ５２において、アイドル時のＶＶＴ制御量が所定の判定閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定である場合はリターンする。ステップＳＴ５２の判定結果が肯定判定である場合はステップＳＴ５３に進む。なお、以上のステップＳＴ５１及びステップＳＴ５２の各処理は、図５の制御ルーチンのステップＳＴ１１及びステップＳＴ１２と同じ処理である。

そして、この例では、ステップＳＴ５３において、ＶＶＴ制御によるトルクアップ量が相殺されるように、点火時期ｅａｏｐを遅角する［ｅａｏｐ←ｅａｏｐ−ｅａｖｖｔｆｃ］。ここで、点火時期ｅａｏｐの遅角量ｅａｖｖｔｆｃは、例えばエンジン回転数ＮＥと負荷ＫＬとをパラメータとし、アイドル時のＶＶＴ制御量が上記した判定閾値以上であるときのトルクアップ量を考慮して作成した２次元マップを用いて算出する。なお、点火時期ｅａｏｐの遅角量ｅａｖｖｔｆｃは、パラメータとして上記したエンジン回転数ＮＥ及び負荷ＫＬに冷却水温ＴＨＷを加えて、上記と同様にして作成した３次元マップを用いて算出するようにしてもよい。

図１２に示す制御によれば、ＶＶＴ非制御時でアイドルオフの状況からＶＶＴ制御が実行されても、そのＶＶＴ制御実行によるトルクアップ量を、点火時期ｅａｏｐの遅角により小さくすることができるので、ＶＶＴ制御時にエンジン回転数ＮＥが上がることを抑制することができ、アイドルオンとなることを回避することができる。これによってＦ／Ｃハンチングの発生を抑制することができる。

以上の図１２に示す制御では、アイドル時のＶＶＴ制御量が一定値（判定閾値）以上であるときに、点火時期ｅａｏｐを一定量遅角しているが、これに限られることなく、ＶＶＴ制御量に応じて変化するトルクアップ量に応じて、点火時期ｅａｏｐの遅角量を可変に設定するようにしてもよい。

その具体的な制御の例について図１３を参照して説明する。図１３の制御ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

まず、ステップＳＴ６１において、水温センサ３１の出力信号からエンジン１の冷却水温ＴＨＷを読み込み、その冷却水温ＴＨＷを用いて図６に示すマップを参照してベース復帰回転数ｅｎｒｔｂを算出する。

次に、ステップＳＴ６２において、アイドル時のＶＶＴ制御量によるトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐをマップ等を参照して推定する。なお、トルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐは、エンジン１の運転条件（エンジン回転数ＮＥ、負荷ＫＬ、冷却水温ＴＨＷなど）を考慮して推定してもよい。

そして、ステップＳＴ６３において、上記ステップＳＴ６２で推定したトルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐを相殺するための点火時期ｅａｏｐの遅角量を算出し、その算出した遅角量に基づいてＩＳＣ制御量ｅｑｃａｌを減量する。

このようにＶＶＴ制御量に応じて変化するアイドルトルクのトルクアップ量に応じて、点火時期ｅａｏｐの遅角量を可変に設定することで、Ｆ／Ｃハンチングの発生をより効果的に抑制することができる。

なお、点火時期ｅａｏｐの遅角量は、例えば、当該点火時期ｅａｏｐを遅角させたときのエンジン１のトルクダウン量を予め実験・計算等によって求めておき、その結果を基に作成したマップ（例えば［トルクアップ量ｔｑｖｖｔｕｐ−点火遅角量］の１次元マップ）を用いて算出する。

−他の実施形態−
以上の例では、ＶＶＴ制御の実行時に、アイドルオンＦ／Ｃのカット回転数（復帰回転数）の変更や、ＩＳＣ制御の制御量または点火時期の制御量の変更を行っているが、このほか、ＶＶＴ制御の実行時に、例えばアクセルペダル−スロットル特性や自動変速機等の変速線を切り替えて、上記したＦ／ＣハンチングなどのＶＶＴ制御による影響を抑制するようにしてもよい。

以上の例では、吸気カムシャフトと排気カムシャフトの双方にＶＶＴを設けた例を示しているが、本発明はこれに限られることなく、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトのいずれか一方にＶＶＴを設けたエンジンにも適用することができる。

以上の例では、ベーン式ＶＶＴを搭載したエンジンの制御について説明したが、これに替えて、例えばヘリカルスプライン式ＶＶＴ等の他の方式のＶＶＴを搭載したエンジンの制御にも本発明を適用することができる。

以上の例では、ＶＶＴを搭載したポート噴射型ガソリンエンジンの制御に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られることなく、ＶＶＴを搭載した筒内直噴型ガソリンエンジンの制御にも適用可能である。また、直列多気筒ガソリンエンジンのほか、Ｖ型多気筒ガソリンエンジンの制御にも本発明を適用することができる。

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。 図１のエンジンに搭載するＶＶＴの分解斜視図である。 図２のＶＶＴの断面図及びそのＶＶＴの油圧制御系の概略構成図を併記して示す図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 ベース復帰回転数設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ベース復帰回転数の算出用のマップを示す図である。 ベース復帰回転数の下限ガード値の差出用のマップを示す図である。 ベース復帰回転数設定ルーチンの他の例を示すフローチャートである。 ＩＳＣ制御量変更ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ＶＶＴ制御量とエンジントルクとの関係を示す図である。 ＩＳＣ制御量変更ルーチンの他の例を示すフローチャートである。 点火時期変更ルーチンの一例を示すフローチャートである。 点火時期変更ルーチンの他の例を示すフローチャートである。 ＶＶＴ非制御時及びＶＶＴ制御時のスロットル開度とエンジントルクとの関係を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
１ｄ 燃焼室
５ スロットルバルブ
６ スロットルモータ
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１３ 吸気バルブ
１４ 排気バルブ
１５ クランクシャフト
２１ 吸気カムシャフト
２２ 排気カムシャフト
３６ スロットル開度センサ
１００ｉｎ 吸気側ＶＶＴ
１００ｅｘ 排気側ＶＶＴ
２００ｉｎ，２００ｅｘ ＯＣＶ
３００ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 燃焼室内に連通する吸気通路及び排気通路と、前記燃焼室と吸気通路との間を選択的に開閉する吸気バルブと、前記燃焼室と排気通路との間を選択的に開閉する排気バルブと、前記吸気バルブ及び排気バルブのうちの少なくとも一方のバルブの開閉タイミングを当該内燃機関の運転状態に応じて調整する可変バルブタイミング機構とを備えた内燃機関の制御装置において、
   アイドルオンのときに機関回転数に基づいてフューエルカットを実行するアイドルオンフューエルカット制御手段を備え、
   前記アイドルオンフューエルカットのカット条件を、前記アイドルオンフューエルカットの実行条件であるカット回転数、及び、前記アイドルオンフューエルカットからの復帰条件である復帰回転数とし、
   前記可変バルブタイミング機構の制御量が所定の判定閾値以上である場合には、下限ガード値を用いて前記復帰回転数に対して下限ガード処理を行うことにより、前記可変バルブタイミング機構の制御時の前記カット回転数及び前記復帰回転数を当該可変バルブタイミング機構の非制御時に対して高い側に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記可変バルブタイミング機構の制御量に応じて変化するトルク変化量を求め、そのトルク変化量に基づいて前記アイドルオンフューエルカットのカット条件を可変に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images