JP5447644B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関回転速度に依存することなく吐出量を変更できるポンプにより冷却水を循環させる冷却装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

近年、内燃機関においては、電動式のウォータポンプなど、機関運転状態に依存することなく吐出量を変更することのできるポンプを用いた冷却装置が実用化されるに至っている。このようなポンプを備える内燃機関においては、例えば、機関暖機時など冷却水温が低いときにはポンプの吐出量を制限することで、機関本体と冷却水との熱交換を抑制してその暖機を促進するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１６９７５０号公報

内燃機関においては機関運転状態を適切な状態に維持すべく各種制御が実行されている。例えば、実空燃比の理論空燃比に対する定常的なずれを燃料噴射弁等の個体差、経年変化として学習する空燃比学習制御や、バルブタイミングを適正に維持して内燃機関の性能を向上させるバルブタイミング可変機構の制御などがこれらの一例として挙げられる。

このような制御においては、内燃機関の各部の温度状態を把握した上で、同制御を実行する必要がある。例えば、空燃比制御において、内燃機関の暖機が完了していないときには、噴射燃料の過度な壁面付着や不完全燃焼等々の影響を大きく受けるため、検出される実空燃比の理論空燃比に対する乖離は燃料噴射弁等の個体差としてこれを学習するには不適切な値となる。また、バルブタイミング可変機構の制御においては、作動油の温度に応じて同制御に対する応答性が変化するため、同制御の実行にあたっては、作動油の温度を把握する必要がある。

このような内燃機関の各部の温度状態は、一般に冷却水温の検出値との間に相関関係があるため、同冷却水温に基づいて判断される。しかしながら、上述のように早期暖機を図るべくポンプの吐出量が制限される期間においては、冷却水温の検出値と内燃機関の各部の温度状態との間には必ずしも相関関係が成立しない。このため、このような期間に上述のような制御が行われると、その制御は信頼性の低いものとなるおそれがある。また、冷却水温の検出値が所定の条件を満たすことをもって実行する制御については、これが不適切な時期に実行されるおそれもある。

また、このような問題は、空燃比学習制御及びバルブタイミング可変機構の制御に限られるものではなく、内燃機関の各部における温度状況が影響を及ぼす内燃機関の各種制御において概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却水の流通が制限されて通常とは異なる温度環境下におかれる内燃機関において、信頼性の低い制御が実行されたり、不適切な時期をもって制御が実行されたりすることを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷却水が流通する機関冷却系と、前記冷却水の温度を検出する水温検出部と、機関運転状態に依存することなく前記冷却水の吐出量を変更可能なポンプと、冷却水温が基準温度よりも低いときには高いときと比較して前記機関冷却系における冷却水の流通が制限されるように前記ポンプの吐出量を制御する制御部とを備える内燃機関の制御装置において、前記検出される冷却水温を制御情報として取り込んでその冷却水温を変数とする演算処理を行うとともに、前記冷却水の流通にかかる制限が解除されるまでその演算処理を禁止するようにしている。

上述したように、冷間始動時等において早期暖機を図るために冷却水の流通を禁止する等、その流通を制限するようにした場合には、こうした流通の制限を実行しない場合と異なり、水温検出部により検出される冷却水の温度と内燃機関の各部における温度との相関関係が低下するようになる。また、冷却水の流通が制限されることにより、内燃機関において局所的に大きな温度差が生じる等、通常の機関運転時には発生しないような温度状況となることもある。このため、こうした状況のもとで機関制御を行った場合、その機関制御の内容如何によっては、制御の信頼性が低下したり、制御の実行そのものが不要であるにもかかわらずこれが実行されたりするといったこととなる。

同構成によれば、上述したように冷却水の流通が制限されて通常とは異なる温度環境下におかれる内燃機関において、信頼性の低い制御が実行されたり、不適切な時期をもって制御が実行されたりすることを回避することができる。

また、このように前記検出される冷却水温を制御情報として取り込む処理としては、前記検出される冷却水温を変数とする演算処理をその例として挙げることができる。

本発明は、冷却水が流通する機関冷却系と、前記冷却水の温度を検出する水温検出部と、機関運転状態に依存することなく前記冷却水の吐出量を変更可能なポンプと、冷却水温が基準温度よりも低いときには高いときと比較して前記機関冷却系における冷却水の流通が制限されるように前記ポンプの吐出量を制御する制御部と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング可変機構とを備えるとともに、前記検出される冷却水温を取り込んで、前記バルブタイミング可変機構に対する駆動信号のデューティー比をその冷却水温に基づいて補正する演算処理を行う内燃機関の制御装置において、前記冷却水の流通にかかる制限が解除されるまで前記演算処理を禁止するようにしている。

油圧駆動式のバルブタイミング可変機構にあっては、その作動油の温度に応じて異なる粘度によってその作動応答性、すなわちバルブタイミングの変更速度が変化する。また、その作動油の温度は冷却水温と相関関係を有しているため、この冷却水温に基づいてバルブタイミング可変機構に対する駆動信号のデューティー比を補正することにより、その温度状況にかかわらず、バルブタイミングの変更速度を所望の速度に設定することができる。但し、上述したように、冷却水の流通が制限されて作動油と冷却水温との相関関係が低い場合にあっては、こうした補正によりかえってバルブタイミングの変更速度を制御する際の制御精度を悪化させたり、制御の不安定化を招いたりするおそれがある。この点、上記構成によれば、こうしたバルブタイミングの変更速度を制御する際においてその制御精度の悪化や制御の不安定化を回避することができる。

本発明は、冷却水の流通にかかる制限が解除された後、前記検出される冷却水温が所定値に収束して平衡状態に移行するまで、前記機関制御の禁止を継続する、といった態様をもってこれを具現化することができる。

冷却水の流通にかかる制限が解除された後であっても、冷却水が機関冷却系においてある程度循環して冷却水温が平衡状態に移行するまでは、その程度は徐々に緩和されるとはいえ、内燃機関は通常とは異なる温度環境下におかれることとなる。この発明によれば、信頼性の低い制御が実行されたり、不適切な時期をもって制御が実行されたりすることをより確実に回避することができるようになる。

また、本発明のポンプとしては、電動式のポンプを採用したり、クラッチを介して機関出力軸に連結されて同軸により駆動される機関駆動式のポンプを採用したりすることができる。なお、後者の機関駆動式のポンプにおいては、クラッチが係合状態にあるときには、機関駆動軸の回転に基づいてポンプの吐出量が決定される一方、クラッチが解放状態にあるときには、機関駆動軸の回転状態にかかわらずポンプによる冷却水の吐出は停止される。

本発明にかかる第１実施形態における内燃機関及びその制御装置を示す概略構成図。 同実施形態にかかる内燃機関の冷却装置の概略構成図。 同実施形態にかかるポンプ駆動処理についてその処理手順を示すフローチャート。 同実施形態にかかる空燃比制御についてその処理手順を示すフローチャート。 第２実施形態にかかるバルブタイミング可変機構についてそのバルブタイミング変更速度とデューティ比との関係を示すグラフ。 同実施形態にかかるバルブタイミング制御についてその処理手順を示すフローチャート。 第３実施形態にかかる点火時期制御についてその処理手順を示すフローチャート。 第４実施形態にかかるスロットル開度基準位置学習制御についてその処理手順を示すフローチャート。

以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の構成について説明する。

同図１に示すように、内燃機関１のシリンダブロック１１には、複数のシリンダ２１（図１ではその１つのみを図示）が形成されるとともに、それらシリンダ２１の内部にはピストン２３が往復動可能に設けられている。また、このシリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド１２が組み付けられる一方、その下部には作動油が貯留されるオイルパン１４が組み付けられている。内燃機関１の燃焼室２２は、ピストン２３の頂面、シリンダ２１の内壁面及びシリンダヘッド１２の下面によって区画形成されている。

シリンダブロック１１の内部にはウォータジャケット５２が形成されている。シリンダブロック１１には、この冷却水の水温（以下、冷却水温ＴＨＷ）を検出する水温センサ９２が取り付けられている。なお、この冷却水温ＴＨＷは、内燃機関１の各部位や作動油の温度と相関があるため、それらの代替値として用いられる。

燃焼室２２に連通する吸気通路３０において、その一部を構成するスロットルボディ６３には電子制御式のスロットル弁６０が内蔵されている。このスロットル弁６０は、モータ６１によってその開度（以下、スロットル開度ＴＡ）が調節されることにより、燃焼室２２に導入される吸入空気の量（以下、吸入空気量ＧＡ）を調節する。なお、このスロットルボディ６３にはスロットル弁６０の開度を全閉状態に機械的に規制する規制部６４と、その開度ＴＡを検出するスロットルセンサ９６とが設けられている。

また、シリンダヘッド１２には、燃焼室２２の内部に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２６、及び燃焼室２２の混合気の点火を行う点火プラグ２７が設けられている。混合気の燃焼によってピストン２３が押し下げられることによりクランクシャフト２４が回転して駆動力が得られる。このクランクシャフト２４の回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥはクランク角センサ９８により検出される。一方、吸気カムシャフト３４の近傍にはその回転位相を検出するカム角センサ９４が設けられている。また、燃焼室２２の近傍には、混合気が異常燃焼したときに発生するノッキングを検出するノッキングセンサ９５が取り付けられている。

燃焼室２２に連通する排気通路３１には、排気を浄化するための排気浄化触媒４１が設けられている。なお、この排気浄化触媒４１は理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化するとともに同排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して排気を浄化する機能を有している。また、排気通路３１において、排気浄化触媒４１の近傍には排気中の酸素濃度ＤＯを検出する空燃比センサ９７が取り付けられている。

さらに、シリンダヘッド１２には、燃焼室２２と吸気通路３０とを連通・遮断する吸気バルブ３２と、燃焼室２２と排気通路３１とを連通・遮断する排気バルブ３３とが往復動可能に設けられている。これら吸気バルブ３２、排気バルブ３３は、クランクシャフト２４と同期して回転する吸気カムシャフト３４、排気カムシャフト３５によりそれぞれ開閉駆動される。また、吸気カムシャフト３４には、クランクシャフト２４に対する相対回転位相を調節して吸気バルブ３２のバルブタイミングを進角又は遅角させるバルブタイミング可変機構７０が設けられている。

このバルブタイミング可変機構７０には、油圧回路７１を通じて作動油が供給される。この油圧回路７１の一部を構成する進角側油路７２及び遅角側油路７３は、バルブタイミング可変機構７０とオイルコントロールバルブ７４とをそれぞれ接続している。また、油圧回路７１は、オイルコントロールバルブ７４に一端が接続される供給通路７６及び排出通路７７を有している。これら供給通路７６及び排出通路７７は、他端がオイルパン１４に接続されている。また、供給通路７６の途中にはオイルパン１４の作動油をオイルコントロールバルブ７４に向けて吐出するオイルポンプ７５が設けられている。

また、オイルコントロールバルブ７４は、電子制御装置９１から出力される駆動信号のデューティ比ＤＶＴに基づいてそのスプール（図示略）を変位させることにより、バルブタイミング可変機構７０に対する作動油の給排状態を制御する。換言すれば、進角側油路７２及び遅角側油路７３における作動油の供給状態と排出状態とを制御する。

電子制御装置９１は、これに接続された水温センサ９２、カム角センサ９４、ノッキングセンサ９５、スロットルセンサ９６、空燃比センサ９７、クランク角センサ９８、アクセルセンサ９９等の各種センサの検出値を取り込むとともに、これらセンサの検出値に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御、スロットル開度制御といった各種制御を実行する。

次に、図２を参照して内燃機関１の冷却装置５０について説明する。この冷却装置５０は、電動式のウォータポンプ５６の他、ウォータジャケット５２等を含めた冷却水通路５３、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ９２、ラジエータ５１、及びサーモスタット５７を含めて構成される。また、スロットルボディ６３には冷却水通路５３の一部を構成する流通路５３ａが形成されている。

また、機関冷却系としての冷却水通路５３は、ラジエータ５１を迂回する迂回通路５５を含み、この迂回通路５５の下流端部にサーモスタット５７が設けられている。このサーモスタット５７は、内部に設けられた弁体の位置が冷却水温ＴＨＷに応じて変化する感温式のものであり、冷却水通路５３においてラジエータ５１の下流側部分からウォータポンプ５６の上流側部分に至る部分の連通状態を変更することにより、同ラジエータ５１を流通する冷却水の流量を調整する。すなわち、冷却水温ＴＨＷが低いときには、ラジエータ５１からウォータジャケット５２への冷却水の流入を禁止し、迂回通路５５からウォータジャケット５２への冷却水の流入を許容する。一方、冷却水温ＴＨＷが高くなるとラジエータ５１からウォータジャケット５２への冷却水の流入を許容する。換言すれば、ウォータポンプ５６からウォータジャケット５２に吐出された冷却水は、ラジエータ５１を介して再びウォータポンプ５６に戻されるようになる。その結果、ラジエータ５１では冷却水と外気との間で熱交換が行われるようになり、冷却水温ＴＨＷが低下するようになる。

ところで、機関始動後においては、内燃機関１の暖機を早期に完了させることが燃費や燃焼安定性を向上させる上で望ましい。そこで、本実施形態の冷却装置５０では、内燃機関１の暖機が完了するまではウォータポンプ５６の駆動を停止し、冷却水通路５３における冷却水の流通を禁止するようにしている。

以下、図３を参照して、こうしたウォータポンプ５６における駆動制御の具体的な処理手順について説明する。なお、この処理は電子制御装置９１により所定の演算周期毎に繰り返し行われる。

まず、電子制御装置９１は、水温センサ９２により検出される冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ未満か否かを判断する（ステップＳ１１０）。基準温度ＴＸは、内燃機関１の暖機が完了したか否かを判断するための値であり、サーモスタット５７の開弁温度よりも低い値に予め設定されている。

電子制御装置９１は、冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ以上であると判断した場合は（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ウォータポンプ５６を駆動する（ステップＳ１３０）。ちなみにこの場合、電子制御装置９１は、冷却水温ＴＨＷに応じてウォータポンプ５６の吐出量を変更する。

一方、冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ未満であると判断した場合は（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ウォータポンプ５６の駆動を停止する（ステップＳ１２０）。すなわち、冷間時等、冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ未満である状態の下で機関始動が実行された場合には、ウォータポンプ５６はその駆動が停止されたままの状態に維持される。電子制御装置９１は、このような制御を通じて内燃機関１の暖機を速やかに完了する。

ところで、電子制御装置９１は、空燃比センサ９７で検出される排気中の酸素濃度ＤＯに基づいて燃焼される混合気の空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量等をフィードバック補正し、このフィードバック補正量に相当する空燃比補正係数ＦＡＦに基づいて空燃比学習値ＫＧを更新する空燃比制御処理を行っている。空燃比学習値ＫＧの更新は、機関個体差などに起因して発生する理論空燃比と実空燃比との間の定常的な乖離度に相当する値であるため、内燃機関１の暖機が完了して、内燃機関が通常の運転状態にあるときに行う必要がある。

この点、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、内燃機関１の各部において局所的に大きな温度差が生じる等、通常の機関運転時、すなわち内燃機関１等に冷却水が流通しているときには発生しないような温度状態となることがある。このため、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときは、理論空燃比と実空燃比との定常的な乖離度としては不適切な値が空燃比学習値ＫＧとして更新されてしまうおそれがある。例えば、通常の運転状態であれば、冷却水温ＴＨＷがある値以上であるときには、燃焼室２２の内部の温度もその冷却水温ＴＨＷに応じて上昇していると想定できる。しかしながら、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときにはこうした相関がほとんど無くなるため、例えば冷却水温ＴＨＷがある値以上であっても燃焼室２２の温度はほとんど上昇しておらず、燃焼室２２の壁面に多量の燃料が付着するような状況にあることもあり得る。このため、本実施形態においてはウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、空燃比学習値ＫＧの更新は行わないようにしている。以下、図４を参照して、本実施形態における空燃比制御処理の実行手順について説明する。

この処理ではまず、機関回転速度ＮＥと、吸入空気量ＧＡから算出される機関負荷とに基づいて基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥを算出する（ステップＳ２１０）。
次に、空燃比センサ９７の検出値に基づいて空燃比補正係数ＦＡＦを算出する（ステップＳ２２０）。この空燃比補正係数ＦＡＦは、実空燃比が理論空燃比である場合の排気の酸素濃度である基準酸素濃度と空燃比センサ９７により検出される実際の酸素濃度ＤＯとの一時的な乖離を補償するものである。すなわち、空燃比センサ９７により検出される酸素濃度ＤＯが基準酸素濃度よりも低い場合、すなわち実空燃比がリッチ側にある場合には、空燃比補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」よりも小さい値に変更される。この場合、酸素濃度ＤＯから算出される実空燃比の理論空燃比に対する乖離度に比例して、空燃比補正係数ＦＡＦは小さくなるように変更される。一方、空燃比センサ９７により検出される酸素濃度ＤＯが基準酸素濃度よりも高い場合、すなわち実空燃比がリーン側にある場合には、空燃比補正係数ＦＡＦはその基準値「１．０」よりも大きい値に変更される。この場合、酸素濃度ＤＯから算出される実空燃比の理論空燃比に対する乖離度に比例して、空燃比補正係数ＦＡＦは大きくなるように変更される。

次に、ウォータポンプ５６が駆動状態にあるか否かを判断する（ステップＳ２３０）。
ウォータポンプ５６が駆動していると判断した場合は（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、次に空燃比補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶを算出する（ステップＳ２４０）。そして、この空燃比補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶが所定値α（＞１．０）を上回っているか否かを判断する（ステップＳ２４２）。ここで、平均値ＦＡＦＡＶが所定値αを上回っている場合は（ステップＳ２４２：ＹＥＳ）、以下の式（１）に基づいて空燃比学習値ＫＧを更新する（ステップＳ２４４）。

ＫＧ←ＫＧ−ａ ・・・（１）

なお、上式（１）において「ａ（＞０）」は予め定められた修正値であり、空燃比補正係数ＦＡＦの変化量と比較して小さい値に設定されている。

一方、平均値ＦＡＦＡＶが所定値α未満である場合は（ステップＳ２４２：ＮＯ）、更に平均値ＦＡＦＡＶが所定値β（＜１．０）未満であるか否かを判断する（ステップＳ２５２）。そして、平均値ＦＡＦＡＶが所定値β未満である場合は（ステップＳ２５２：ＹＥＳ）、以下の式（２）に基づいて空燃比学習値ＫＧを更新する（ステップＳ２５４）。

ＫＧ←ＫＧ＋ｂ ・・・（２）

なお、上式（２）において「ｂ（＞０）」は予め定められた修正値であり、先の修正値ａと同様に空燃比補正係数ＦＡＦの変化量と比較して小さい値に設定されている。

空燃比補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶが（β≦ＦＡＦＡＶ≦α）の範囲にある場合（ステップＳ２４２：ＮＯ、ステップＳ２５２：ＮＯ）、あるいは空燃比学習値ＫＧが更新された場合（ステップＳ２４４，Ｓ２５４）、以下の式（３）に基づいて最終燃料噴射量ＱＦＩＮが算出する（ステップＳ２７０）。

ＱＦＩＮ←ＱＢＡＳＥ・ＦＡＦ・ＫＧ・Ｋ ・・・（３）

なおここで、上式（３）の右辺における「Ｋ」は始動時増量等、その他の補正係数を示す。

これに対して、先のステップＳ２３０において、ウォータポンプ５６の駆動が停止されていると判断した場合、すなわち、暖機が完了していないため、冷却水通路５３における冷却水の流通が禁止されていると判断した場合は（ステップＳ２３０：ＮＯ）、空燃比学習値ＫＧとして、前回までに学習した空燃比学習値ＫＧを設定する（ステップＳ２６０）。このように、ウォータポンプ５６の駆動が停止されて内燃機関１のウォータジャケット５２を含めた冷却水通路５３における冷却水の流通が禁止されている場合には、空燃比学習値ＫＧを更新することなく、前回の通常運転時、すなわちウォータポンプ５６が駆動されて冷却水の流通禁止が解除されている場合に更新された空燃比学習値ＫＧを用いて最終燃料噴射量ＱＦＩＮを算出する。

電子制御装置９１は、最終燃料噴射量ＱＦＩＮに基づいて燃料噴射時間ＴＡＵを算出し、この燃料噴射時間ＴＡＵに基づいて燃料噴射弁２６を開弁駆動する。この結果、最終燃料噴射量ＱＦＩＮに相当する量の燃料が燃料噴射弁２６から噴射されることとなる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載の作用効果を奏することができる。
（１）冷間始動時などにおいて内燃機関１の早期暖機を図るためにウォータポンプ５６の駆動を停止して冷却水の流通を禁止している場合には、ウォータポンプ５６を駆動して冷却水を流通させている場合と異なり、内燃機関１において局所的に大きな温度差が生じるなど、通常の機関運転時には発生しないような温度状態となることがある。こうした状況のもとで空燃比学習制御を行った場合、例えば、燃焼室２２における燃料の壁面付着量が極めて多い状態のもとで空燃比学習値ＫＧが学習される等、理論空燃比と実空燃比との定常的な乖離度としては不適切な値が空燃比学習値ＫＧとして学習されて、同制御の信頼性が低下してしまうおそれがある。本実施形態によれば、ウォータポンプ５６の駆動を停止している期間は、空燃比学習値ＫＧの更新を行わないようにしているため、信頼性の低い空燃比学習値ＫＧに基づいて空燃比制御が行われることを回避することができるようになる。

（第２実施形態）
この発明にかかる第２実施形態について図１、図５、図６を併せ参照して第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を割愛する。

図１に示すように、バルブタイミング可変機構７０には油圧回路７１を通じて作動油が供給される。オイルコントロールバルブ７４は、供給通路７６及び排出通路７７と、進角側油路７２及び遅角側油路７３との連通状態を変更することによって、バルブタイミング可変機構７０に対する作動油の給排状態を制御する。

すなわち、遅角側油路７３と排出通路７７とが連通されるとともに進角側油路７２と供給通路７６とが連通されると、オイルポンプ７５の駆動によって、オイルパン１４の作動油は進角側油路７２に送り出されるとともに遅角側油路７３の作動油はオイルパン１４に戻される。これにより、クランクシャフト２４に対する吸気カムシャフト３４の相対回転位相を進角させるようにバルブタイミング可変機構７０が駆動されて、吸気バルブ３２のバルブタイミングは進角される。

一方、オイルコントロールバルブ７４によって遅角側油路７３と供給通路７６とが連通されるとともに進角側油路７２と排出通路７７とが連通されると、オイルポンプ７５の駆動によって、オイルパン１４の作動油は遅角側油路７３へ送り出されるとともに進角側油路７２の作動油はオイルパン１４に戻される。これにより、クランクシャフト２４に対する吸気カムシャフト３４の相対回転位相を遅角させるようにバルブタイミング可変機構７０が駆動されて、吸気バルブ３２のバルブタイミングは遅角される。

図５に、オイルコントロールバルブ７４を駆動する際の駆動信号におけるデューティ比ＤＶＴとバルブタイミングの変更速度との関係を示す。なお、実線ＬＰ１、１点鎖線ＬＰ２、２点鎖線ＬＰ３はその順に作動油温度ＴＨＯが高いと推定された場合の各推移を示している。すなわち、実線ＬＰ１は作動油温度ＴＨＯが最も高い場合、１点鎖線ＬＰ２は作動油温度ＴＨＯがこれより低い場合、そして２点鎖線はＬＰ３が作動油温度ＴＨＯ最も低い場合の各推移を示す。

図５に示すように、バルブタイミングを遅角する際には、デューティ比ＤＶＴが「０％」に近づくほど遅角側油路７３への作動油の供給量が増大するため、より大きな変更速度をもってバルブタイミングが遅角される。一方、バルブタイミングを進角する際には、デューティ比ＤＶＴが１００％に近づくほど進角側油路７２への作動油の供給量が増大するため、より大きな変更速度をもってバルブタイミングが進角されるようになる。

ところで、同図５に示すように、例えばバルブタイミングを進角させる場合、作動油温度ＴＨＯが低いときほど、バルブタイミングの変更速度に対応する駆動信号のデューティ比ＤＶＴは大きい値に設定される。一方、バルブタイミングを遅角させる場合、作動油温度ＴＨＯが低いときほど、バルブタイミングの変更速度に対応する駆動信号のデューティ比ＤＶＴは小さい値に設定される。すなわち、作動油温度ＴＨＯが低いときほど作動油の粘度が上昇してバルブタイミング可変機構７０に対して作動油を給排する際の応答性が低下するため、これを補償するために、デューティ比ＤＶＴは作動油温度ＴＨＯに基づいて補正される。そして通常、作動油温度ＴＨＯは冷却水温ＴＨＷと高い相関関係を有するため、作動油温度ＴＨＯは冷却水温ＴＨＷから推定される。しかしながら、上述したようにウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、冷却水温ＴＨＷと作動油温度ＴＨＯとの相関関係が失われるため、こうした作動油温度ＴＨＯ（冷却水温ＴＨＷ）に基づく補正を禁止するようにしている。

以下、図６を参照してバルブタイミング制御の処理手順について説明する。なお、この処理は電子制御装置９１により所定の演算周期毎に繰り返し行われる。
まず、電子制御装置９１は機関運転状態に基づいて目標バルブタイミング算出する（ステップＳ３１０）。具体的には、機関始動時やアイドル運転時などの低回転・低負荷域では、吸気バルブ３２と排気バルブ３３とのバルブオーバーラップ量を少なくして燃焼室２２内に吹き替えされる排気の量を低減することによって燃焼の安定化を図るようにしている。一方、発進加速時等の中負荷域では、吸気バルブ３２を進角させることによりバルブオーバーラップを大きくしてポンピングロスを低減するようにしている。

次に、目標バルブタイミングと、カム角センサ９４及びクランク角センサ９８から検出される実際のバルブタイミングとの偏差からオイルコントロールバルブ７４の駆動信号におけるデューティ比ＤＶＴを演算用マップを参照して算出する（ステップＳ３２０）。

例えば、目標バルブタイミングに対して実際のバルブタイミングが遅角側にあるときには、同バルブタイミングを進角させるべく、デューティ比ＤＶＴは５０％＜ＤＶＴ≦１００％の範囲の値に設定される。ここで、目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差が大きいときほど、デューティ比ＤＶＴは上記範囲において相対的に大きい値に設定される。したがって、図５に示されるように、より大きな変更速度をもってバルブタイミングが進角されるようになる。一方、目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差が小さいときには、デューティ比ＤＶＴは上記範囲において相対的に小さい値に設定される。したがって、バルブタイミングの変更速度は小さくなり、目標バルブタイミングに実際のバルブタイミングを収束させる際の安定性が高められるようになる。

これに対して、目標バルブタイミングに対して実際のバルブタイミングが進角側にあるときには、同バルブタイミングを遅角させるべく、デューティ比ＤＶＴは０％≦ＤＶＴ＜５０％の範囲の値に設定される。ここで、目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差が大きいときほど、デューティ比ＤＶＴは上記範囲において相対的に小さい値に設定される。したがって、図５に示されるように、より大きな変更速度をもってバルブタイミングが遅角されるようになる。一方、目標バルブタイミングと実際のバルブタイミングとの偏差が小さいときには、デューティ比ＤＶＴは上記範囲において相対的に大きい値に設定される。したがって、バルブタイミングを進角させる場合と同様、その変更速度は小さくなり、目標バルブタイミングに実際のバルブタイミングを収束させる際の安定性が高められるようになる。

このようにしてバルブタイミングを変更し目標バルブタイミングとの偏差が極めて小さくなった場合には、デューティ比ＤＶＴは５０％に設定される。この場合はバルブタイミング可変機構７０に対する作動油の給排が停止され、バルブタイミングは現状のまま維持されるようになる。

次に、ウォータポンプ５６が駆動状態にあるか否かを判断する（ステップＳ３３０）。ウォータポンプ５６が駆動していると判断した場合は（ステップＳ３３０：ＹＥＳ）、作動油温度ＴＨＯと相関を有する冷却水温ＴＨＷに基づいて先に算出されたデューティ比ＤＶＴを補正する。具体的には、冷却水温ＴＨＷが低く、作動油の粘度が高いときには、次式（４）及び（５）に基づいてデューティ比ＤＶＴを補正する。

ＤＶＴ←ＤＶＴ＋ΔＤＬ１ ・・・（４）
（５０％＜ＤＶＴ≦１００％）
ＤＶＴ←ＤＶＴ−ΔＤＬ１ ・・・（５）
（０％≦ＤＶＴ＜５０％）

なおここで、「ΔＤＬ１」は冷却水温ＴＨＷの関数であって、冷却水温ＴＨＷが低いときほど大きな値に設定される。

一方、冷却水温ＴＨＷが高く、作動油の粘度が低いときには、次式（６）及び（７）に基づいてデューティ比ＤＶＴを補正する。

ＤＶＴ←ＤＶＴ−ΔＤＬ２ ・・・（６）
（５０％＜ＤＶＴ≦１００％）
ＤＶＴ←ＤＶＴ＋ΔＤＬ２ ・・・（７）
（０％≦ＤＶＴ＜５０％）

なおここで、「ΔＤＬ２」は冷却水温ＴＨＷの関数であって、冷却水温ＴＨＷが高いときほど大きな値に設定される。

このように、冷却水温ＴＨＷに基づいてデューティ比ＤＶＴを補正することにより、作動油の粘度が異なる場合であっても、バルブタイミング可変機構７０の作動応答性を同粘度にかかわらず一定に保つことができるようになる。

これに対して、ウォータポンプ５６が停止状態にあると判断した場合には（ステップＳ３３０：ＮＯ）、上述した冷却水温ＴＨＷに基づく補正処理を行うことなく、この処理を終了する。すなわち、冷却水温ＴＨＷと作動油温度ＴＨＯとの相関関係が低く、冷却水温ＴＨＷによりバルブタイミング可変機構７０の作動応答性を推定することができない場合には、信頼性の低い補正処理が実行されないようにこれを禁止する。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載の作用効果を奏することができる。
（２）ウォータポンプ５６の駆動を停止している場合、冷却水温ＴＨＷと作動油温度ＴＨＯとの間の相関関係が低下することがある。こうした状況の下、冷却水温ＴＨＷに基づいてバルブタイミング可変機構７０を駆動するデューティ比ＤＶＴの補正を行った場合、同制御の信頼性が低下してしまうおそれがある。本実施形態によれば、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、冷却水温ＴＨＷに基づいたオイルコントロールバルブ７４を駆動するデューティ比ＤＶＴの補正を行わないようにしているため、バルブタイミング可変機構７０の制御の信頼性が低下することを抑制することができるようになる。

（第３実施形態）
次に、図７を参照してこの発明にかかる第３実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を割愛する。

点火時期制御では、ノッキングセンサ９５の検出値に基づいてノッキングが発生している旨判断した場合は、ノッキングが起こらなくなる限界時期まで点火時期を遅角補正する。一方、ノッキングが発生していない旨判断した場合は、ノッキングが発生する限界時期まで点火時期を進角させる点火時期設定処理を行う。そしてこのようにノッキングを発生させることなく進角可能な量を進角学習量としてする学習するようにしている。こうした進角学習量は、例えば燃焼室２２の内壁に付着したデポジットの量（換言すれば圧縮比の経年変化量）、燃料噴射弁２６から噴射される燃料の噴霧形態にかかる経年変化等々に応じて異なるものとなる。したがって、この進角学習量を予め学習しておくことにより、ノッキングを発生させることなく点火時期をより進角側の時期に設定することが可能になり、例えば機関出力の向上を図ることができるようになる。

しかしながらウォータポンプ５６の駆動を停止して冷却水の流通を禁止しているときは、内燃機関１の温度状態、特に燃焼室２２内の温度状態が通常の機関運転時には発生しないような温度状態となることがある。このような状況の下で上述した進角学習量を学習すると、内燃機関１の燃焼状態が反って悪化するおそれがある。そこで、本実施形態においては、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、こうした進角学習量の学習を禁止するようにしている。

以下、図７を参照して本実施形態における点火時期制御の処理手順について説明する。なお、この処理は電子制御装置９１により所定の演算周期毎に繰り返し行われる。
この処理が開始されると、電子制御装置９１は機関回転速度ＮＥ及び機関負荷に基づいて基本点火時期θＢＡＳＥ及び最大遅角量θＭＡＸを算出する（ステップＳ４０５）。ここで、基本点火時期θＢＡＳＥは、その機関運転状態において最も大きい機関出力が得られる時期である。一方、最大遅角量θＭＡＸは、その運転状態において種々の状況を考慮したとしてもノッキングが発生し得ないと想定できる時期まで基本点火時期θＢＡＳＥを遅角させるための遅角量である。すなわち、点火時期を（θＢＡＳＥ＋θＭＡＸ）に設定すれば、機関出力は低下するものの、ノッキングの発生についてはこれを確実に防止することができる。

ここで、ウォータポンプ５６が駆動状態にある、すなわち冷却水の循環が行われていると判断した場合は（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）、次にノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ４３０）。このノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫは他の判定処理を通じて設定されるものであり、ノッキングが頻繁に発生しているか否か、あるいはノッキングの発生していない状態が継続しているか否かに基づいて設定される。

ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」であると判断する場合には（ステップＳ４３０：ＹＥＳ）、遅角補正を行う。具体的には、ノッキングが繰り返し発生する場合、現在の進角学習量θＧに対して所定の補正量γ１を減算しこれを新たな進角学習量θＧとして設定する（ステップＳ４４０）。この補正量β１は予め設定された値である。一方、ノッキング判定フラグＦＫＮＯＣＫが「１」ではないと判断した場合には（ステップＳ４３０：ＮＯ）、進角補正を行う。具体的には、ノッキングが発生していない状態が継続している場合、現在の進角学習量θＧに対して所定の補正量γ２を加算しこれを新たな進角学習量θＧとして設定する。（ステップＳ４５０）。この補正量γ２は予め設定された値である、先の補正量γ１よりも極めて小さい値に設定されている。

そして、このように進角学習量θＧを算出した後、最終点火時期θＦＩＮを以下の式（８）に基づいて算出する（ステップＳ４７０）。

θＦＩＮ←θＢＡＳＥ＋θＭＡＸ−θＧ ・・・（８）

なお、先のステップＳ４１０において、ウォータポンプ５６が駆動状態にない、すなわち冷却水の循環が行われていないと判断した場合は（ステップＳ４１０：ＮＯ）、上記進角学習量θＧを「０」に設定する（ステップＳ４６０）。すなわち、冷却水の循環が行われていないため、燃焼室２２における温度分布や混合気の燃焼状況がそのときどきによって異なるものとなるため、点火時期を進角することによるノッキング等、異常燃焼の発生を避けるために、最終点火時期θＦＩＮは上式（８）から（θＢＡＳＥ＋θＭＡＸ）に設定されることとなる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載の作用効果を奏することができる。
（３）ウォータポンプ５６の駆動を停止した場合には、ウォータポンプ５６を駆動した場合と異なり、燃焼室２２において局所的に大きな温度差が生じるなど、燃焼室２２の状態が通常の機関運転時には発生しないような温度状態となることがある。こうした状況のもとで進角学習量θＧを学習した場合、同進角学習量θＧとして不適切な値が設定されてしまい、内燃機関１の燃焼状態が反って悪化するおそれがある。本実施形態によれば、ウォータポンプ５６の駆動を停止した場合には、進角学習量θＧが「０」に設定され、点火時期が最大遅角時期まで遅角されるため、進角学習量θＧが不適切な値が設定されることで内燃機関１の燃焼状態が悪化することを抑制することができるようになる。

（第４実施形態）
以下、図８を参照してこの発明にかかる第４実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を割愛する。

スロットルセンサ９６においては、その個体差等によって、スロットル開度ＴＡを検出する際の誤差があり、こうした検出誤差はスロットル開度ＴＡの制御に際してその精度低下を招く要因となる。そこで、本実施形態では、スロットル弁６０の開度を規制部６４を通じて機械的に規制し、その状況下で検出されるスロットルセンサ９６の検出値をスロットル弁６０が全閉状態であるときの基準値として学習するようにしている（スロットル開度基準位置学習制御）。

しかしながら、スロットルセンサ９６の出力特性において温度依存性を有しているため、ウォータポンプ５６の駆動が停止され、スロットルボディ６３の流通路５３ａにおける冷却水の流通が停止されている状態で、こうしたスロットル弁６０の基準開度を学習するようにしても、その学習結果は、通常の機関運転状態、すなわちスロットルボディ６３の流通路５３ａに冷却水が流通している状態におけるスロットル弁６０の開度制御に適合するものとはならない。このため、本実施形態では、ウォータポンプ５６が駆動されておらず冷却水の流通が停止されているときには、こうしたスロットル開度基準位置学習制御を禁止するようにしている。

以下、図８を参照して、本実施形態にかかるスロットル開度基準位置学習制御について説明する。なお、この処理は電子制御装置９１により所定の演算周期毎に繰り返し行われる。

この処理では、まずウォータポンプ５６が駆動状態にあるか否かを判断する（ステップＳ５１０）。ウォータポンプ５６が駆動していると判断した場合には（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）、次に全閉位置学習が完了しているか否かを判断する（ステップＳ５２０）。基準位置学習が完了していないと判断した場合には（ステップＳ５２０：ＹＥＳ）、モータ６１を駆動してスロットル弁６０の開度が規制部６４により機械的に規制された状態に維持する。そして、電子制御装置９１は、このときのスロットルセンサ９６の出力値をスロットル弁６０の全閉状態に対応した値（スロットル開度ＴＡ）として学習する（ステップＳ５４０）。一方、基準位置学習が既に完了したと判断した場合には（ステップＳ５２０：ＮＯ）、スロットル弁６０について通常の開閉制御を実行する（ステップＳ５３０）。

また、先のステップＳ５１０において、ウォータポンプ５６の駆動が停止されていると判断した場合も（ステップＳ５１０：ＮＯ）、スロットル弁６０について通常の開閉制御を実行する（ステップＳ５３０）。すなわち、ステップＳ５４０の基準位置学習が実行されることはない。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載の作用効果を奏することができる。
（４）ウォータポンプ５６の駆動を停止した場合には、ウォータポンプ５６を駆動した場合と異なり、スロットル弁６０やスロットルセンサ９６において局所的に温度上昇が生じるなど、通常の機関運転時には発生しないような温度状態となることがある。こうした状況のもとでスロットル開度基準位置学習制御を行った場合、スロットル弁６０の基準位置（全閉位置）としては不適切な値が学習されて、スロットル開度制御の信頼性が低下してしまうおそれがある。本実施形態によれば、ウォータポンプ５６の駆動を停止している場合にはスロットル開度基準位置学習制御を行わないようにしているため、信頼性の低い制御が行われることを抑制することができるようになる。

なお、以上説明した実施形態は次のようにその形態を適宜変更した態様にて実施することができる。また、上記実施形態及び変形例は可能であればそれらを適宜組み合わせて実施することもできる。

・冷却水が循環されるヒータコア（図示せず）を有し、そのヒータコアにおいて昇温した空気をブロワモータにより車室内に送風してその暖房に供するようにした空調装置を備える内燃機関にあって、ウォータポンプ５６の駆動を停止しているときには、ブロワモータによる送風を行わないようにすることもできる。ウォータポンプ５６の駆動を停止した場合には、ウォータポンプ５６を駆動した場合と異なり、ヒータコアにおいて局所的に温度上昇が生じるなど、通常の機関運転時には発生しないような温度状態となることがある。こうした状況のもとで暖房性能が要求されて同制御が行われると、ヒータコアが過度に冷却されてしまうといった問題が生じる。本実施形態によれば、このような問題が生じることを抑制することができるようになる。

・上記実施形態では、ウォータポンプ５６が駆動された後、機関制御の実行を許可するようにしているが、ウォータポンプ５６が駆動された後、冷却水温ＴＨＷが所定値に収束して定常状態に移行するまで機関制御の実行を禁止するようにしてもよい。

ウォータポンプ５６が駆動された後であっても、冷却水が冷却水通路５３においてある程度循環して冷却水温ＴＨＷが平衡状態に移行するまでは、その程度は徐々に緩和されるとはいえ、内燃機関１は通常運転とは異なる温度環境下に置かれることとなる。本実施形態によれば、冷却水がある程度循環して、冷却水温ＴＨＷが平衡状態に移行するまでの間は、上述の機関制御の実行を禁止している。このため、信頼性の低い制御が行われたり、不適切な時期をもって制御が行われたりすることをより確実に抑制することができるようになる。

・上記実施形態では、ウォータポンプ５６として電動ポンプを用いるようにしているが、機関駆動式のポンプを機関駆動式のポンプを採用するともできる。機関駆動式のポンプはクラッチを介してクランクシャフトに接続される。クラッチが接続されているときには、機関駆動式のポンプがクランクシャフトの動力により駆動され、クラッチが切断されているときには、機関駆動式のポンプの動作が停止する。本実施形態においても、上記作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施形態では、冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ未満であるときにはウォータポンプ５６の駆動を停止するようにしているが、ウォータポンプ５６の駆動を完全に停止しなくてもよく、冷却水温ＴＨＷが基準温度ＴＸ以上であるときの吐出量よりも少ない吐出量で吐出するものであればよい。

・冷却水の流通を制限する期間に実行を禁止する制御としては、上記実施形態で挙げた制御に限られるものではない。冷却水の流通が制限されて通常とは異なる温度条件下におかれる内燃機関において、信頼性が低下する制御であればいずれも適用対象とすることができる。

１…内燃機関、１１…シリンダブロック、１２…シリンダヘッド、１４…オイルパン、２１…シリンダ、２２…燃焼室、２３…ピストン、２４…クランクシャフト、２６…燃料噴射弁、２７…点火プラグ、３０…吸気通路、３１…排気通路、３２…吸気バルブ、３３…排気バルブ、３４…吸気カムシャフト、３５…排気カムシャフト、４１…排気浄化触媒、５０…冷却装置、５１…ラジエータ、５２…ウォータジャケット、５３…冷却水通路、５３ａ…流通路、５５…迂回通路、５６…ウォータポンプ（ポンプ、制御部）、５７…サーモスタット、６０…スロットル弁、６１…モータ、６３…スロットルボディ、６４…規制部、７０…バルブタイミング可変機構、７１…油圧回路、７２…進角側油路、７３…遅角側油路、７４…オイルコントロールバルブ、７５…オイルポンプ、７６…供給通路、７７…排出通路、９１…電子制御装置（制御部、補正部、点火時期学習部、基準開度学習部）、９２…水温センサ（水温検出部）、９４…カム角センサ、９５…ノックセンサ、９６…スロットル開度センサ、９７…空燃比センサ、９８…クランク角センサ、９９…アクセルセンサ。

Claims (5)

1. 冷却水が流通する機関冷却系と、前記冷却水の温度を検出する水温検出部と、機関運転状態に依存することなく前記冷却水の吐出量を変更可能なポンプと、冷却水温が基準温度よりも低いときには高いときと比較して前記機関冷却系における冷却水の流通が制限されるように前記ポンプの吐出量を制御する制御部とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記検出される冷却水温を制御情報として取り込んでその冷却水温を変数とする演算処理を行うとともに、前記冷却水の流通にかかる制限が解除されるまでその演算処理を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 冷却水が流通する機関冷却系と、前記冷却水の温度を検出する水温検出部と、機関運転状態に依存することなく前記冷却水の吐出量を変更可能なポンプと、冷却水温が基準温度よりも低いときには高いときと比較して前記機関冷却系における冷却水の流通が制限されるように前記ポンプの吐出量を制御する制御部と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のバルブタイミングを変更する油圧駆動式のバルブタイミング可変機構とを備えるとともに、前記検出される冷却水温を取り込んで、前記バルブタイミング可変機構に対する駆動信号のデューティー比をその冷却水温に基づいて補正する演算処理を行う内燃機関の制御装置において、
   前記冷却水の流通にかかる制限が解除されるまで前記演算処理を禁止する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記冷却水の流通にかかる制限が解除された後、前記検出される冷却水温が所定値に収束して平衡状態に移行するまで前記演算処理の禁止を継続する
   請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ポンプは電動式ポンプである
   ことを特徴する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ポンプはクラッチを介して機関出力軸に連結されて同軸により駆動される機関駆動式のポンプである
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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