JP2006118452A

JP2006118452A - 内燃機関のアイドル制御装置

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Publication number: JP2006118452A
Application number: JP2004308155A
Authority: JP
Inventors: Juichi Kato; 寿一加藤; Naohide Fuwa; 直秀不破
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-22
Also published as: DE102005050596A1; JP4293110B2; US7168410B2; US20060086338A1; DE102005050596B4

Abstract

【課題】バルブタイミング可変機構および作動角可変機構を備える内燃機関におけるバルブタイミング可変機構のフェイル発生時の失火発生を、より効率的、効果的に抑制することのできる内燃機関のアイドル制御装置を提供する。
【解決手段】この装置は、吸気バルブのバルブタイミングおよびバルブ作動角をそれぞれ可変とする吸気側バルブタイミング可変機構および作動角可変機構を備える内燃機関に適用される。ＩＳＣ制御を行うとともに、吸気側バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時にはＩＳＣ制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する。吸気バルブのバルブ作動角が小さいときには（Ｓ１０４：ＹＥＳ／Ｓ１０８：ＹＥＳ）、大きいときに比して（Ｓ１０４：ＮＯ／Ｓ１０８：ＮＯ）、アイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、バルブタイミング可変機構および作動角可変機構を備える内燃機関に適用されるアイドル制御装置に関し、特にそのバルブタイミング可変機構の進角フェイル時の失火抑制に係る制御構造の改良に関するものである。

周知のように内燃機関に適用される機構として、吸排気バルブのバルブタイミングを可変とするバルブタイミング可変機構が実用されている。一般にバルブタイミング可変機構は、油圧式或いは電動式のアクチュエータを用いて、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転角を変更することで、バルブタイミングを変更する構造とされている。こうしたバルブタイミング可変機構を吸気系に備える内燃機関では、アイドル運転時に、吸気バルブのバルブタイミングが本来よりも進角側に位置されてしまうバルブタイミング可変機構の故障、いわゆるバルブタイミング可変機構の進角フェイルの発生に応じて失火が発生してしまうことがある。これは、吸入空気量の少ないアイドル運転時において上記進角フェイルが発生すると、それに伴う吸排気バルブのバルブオーバーラップの増加に起因した内部ＥＧＲの増大により、燃焼状態が著しく悪化するためである。

そこで従来、上記バルブタイミング可変機構の進角フェイルが発生したときには、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ制御）における目標回転速度である目標アイドル回転速度を通常よりも高く設定するアイドルアップを実施する技術が提案され、実用されている（例えば特許文献１参照）。アイドル運転中の機関回転速度が高くされると、アイドル運転中の吸入空気量が増大されて、進角フェイルによる内部ＥＧＲ増大が燃焼に与える影響が緩和されることとなる。そのため、上記アイドルアップの実施により、上記バルブタイミング可変機構の進角フェイルに起因した失火を回避することができる。

ところで近年には、例えば特許文献２に見られるように、吸排気バルブのバルブ作動角（バルブが開いてから閉じるまでのクランク角）を可変とする作動角可変機構が実用されている。こうした作動角可変機構を吸気系に備える内燃機関では、スロットル開度の変更に加え、吸気バルブのバルブ作動角を変更することによっても、シリンダに流入される空気量を調整することができる。そのため、要求されるシリンダ流入空気量を、様々なスロットル開度、バルブ作動角の組合せで確保することができる。例えば所定のスロットル開度およびバルブ作動角で機関運転されている状態から、スロットル開度を拡大／縮小させたとしても、その拡大／縮小に伴う空気量の増大／減少の分だけ空気量が減少／増大されるように吸気バルブのバルブ作動角を縮小／拡大すれば、シリンダ流入空気量を一定に維持することができる。なおシリンダ流入空気量が一定であっても、スロットル開度およびバルブ作動角の組合せによっては、ポンピング損失の大きさや圧縮端圧力／圧縮端温度（圧縮上死点でのシリンダ内の圧力／温度）等に変化が生じる。そこで作動角可変機構を吸気系に備える内燃機関では、空気量一定の状態であっても、スロットル開度およびバルブ作動角の組合せを状況に応じて適宜変更して、より好ましい状態で内燃機関を運転するように空気量制御が行われることがある。
特開２００３−６５１３１号公報特開２００１−２６３０１５号公報

こうした空気量制御の行われる内燃機関では、アイドル運転時であっても、吸気バルブのバルブ作動角は、必ずしも一定であるとは限らない。そしてそのときのバルブ作動角の設定によっては、上記バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時における内部ＥＧＲの増大態様が変化してしまう。そのため、そうした内燃機関では、進角フェイル発生に応じて一律に上記アイドルアップを実施しては、アイドルアップ量に過不足が生じ、不必要なアイドルアップの実施による燃費性能の悪化や、アイドルアップ量の不足による失火の発生等を招いてしまうおそれがある。

なお、上述したバルブタイミング可変機構及び作動角可変機構を共に吸気系に備える内燃機関に限らず、バルブタイミング可変機構及び作動角可変機構を共に備える内燃機関であれば、こうした実状は概ね共通したものとなっている。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、バルブタイミング可変機構および作動角可変機構を備える内燃機関におけるバルブタイミング可変機構のフェイル発生時の失火発生を、より効率的、効果的に抑制することのできる内燃機関のアイドル制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記吸気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記吸気バルブのバルブタイミングが本来よりも進角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、前記進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定することをその要旨とする。

請求項２に記載の発明は、吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記吸気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記吸気バルブのバルブタイミングが本来よりも進角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記進角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止することをその要旨とする。

同一態様で吸気バルブのバルブタイミング可変機構が進角フェイルになっている場合であっても、作動角可変機構によってバルブ作動角が小さく設定されているときほど、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が小さく、内部ＥＧＲも少ない。したがって、バルブ作動角が小さいときほど燃焼状態の悪化度合が小さく、進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定しても、失火発生を適正に回避することが可能であると云える。

この点、請求項１に記載の構成によるように、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定することにより、そうしたバルブ作動角に応じたかたちで、すなわちその燃焼状態への影響に応じたかたちで目標アイドル回転速度の増大量を設定することができるようになる。したがって同構成によれば、機関回転速度の不要な上昇を抑えつつ失火発生を抑制するといったように、進角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

また、請求項２に記載の構成によるように、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が所定値よりも小さいときには、進角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止することにより、バルブ作動角が所定値よりも小さいとき、換言すれば、上記進角フェイル発生に伴う内部ＥＧＲの増大量が比較的少なく、失火発生を招く可能性が低いときに、目標アイドル回転速度の増大を禁止することができるようになる。したがって、その分だけ機関回転速度の不要な上昇を抑えることができるようになり、進角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、当該内燃機関は、排気バルブの閉時期を可変とする排気閉時期可変機構を更に備えるものであって、前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が大きいときには、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量に基づいて前記目標アイドル回転速度を算出し、同設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記排気バルブの閉時期に基づいて前記目標アイドル回転速度を算出することをその要旨とする。

ここで、排気閉時期可変機構を備える内燃機関にあっては、排気バルブの閉時期が上死点から大きく遅角された時期に設定されることがある。この場合、機関吸気行程において比較的長期にわたって排気バルブが開かれることとなるために、たとえ上記作動角可変機構によって設定されるバルブ作動角が小さく、バルブオーバーラップ量が小さくても、一旦排気通路に放出された排気が再び気筒内に吸入されるようになって、内部ＥＧＲは多くなる。したがって、上記バルブ作動角が小さいときであっても、排気バルブの閉時期が大きく遅角されているときには、内部ＥＧＲの著しい増大、ひいては失火発生を招くおそれがある。

請求項３に記載の構成によれば、上記バルブ作動角が大きいとき、すなわちバルブオーバーラップ量の増大による燃焼状態の悪化が懸念されるときには、バルブオーバーラップ量に基づいて前記目標アイドル回転速度が算出される。また、上記バルブ作動角が小さいとき、すなわち排気バルブの閉時期が大きく遅角されることによる燃焼状態の悪化が懸念されるときには、同閉時期に基づいて前記目標アイドル回転速度が算出される。

したがって、そのときどきのバルブ作動角に適した設定パラメータを用いて目標アイドル回転速度を設定することができるようになり、バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時の失火発生を、さらに効率的、効果的に抑制することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記排気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記排気バルブのバルブタイミングが本来よりも遅角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の遅角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、前記遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定することをその要旨とする。

請求項５に記載の発明は、吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記排気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記排気バルブのバルブタイミングが本来よりも遅角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の遅角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記遅角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止することをその要旨とする。

同一態様で排気バルブのバルブタイミング可変機構が遅角フェイルになっている場合であっても、作動角可変機構によってバルブ作動角が小さく設定されているときほど、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が小さく、内部ＥＧＲも少ない。したがって、バルブ作動角が小さいときほど燃焼状態の悪化度合が小さく、遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定しても、失火発生を適正に回避することが可能であると云える。

この点、請求項４に記載の構成によるように、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定することにより、そうしたバルブ作動角に応じたかたちで、すなわちその燃焼状態への影響に応じたかたちで目標アイドル回転速度の増大量を設定することができるようになる。したがって同構成によれば、機関回転速度の不要な上昇を抑えつつ失火発生を抑制するといったように、遅角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

また、請求項５に記載の構成によるように、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が所定値よりも小さいときには、遅角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止することにより、バルブ作動角が所定値よりも小さいとき、換言すれば、上記遅角フェイル発生に伴う内部ＥＧＲの増大量が比較的少なく、失火発生を招く可能性が低いときに、目標アイドル回転速度の増大を禁止することができるようになる。したがって、その分だけ機関回転速度の不要な上昇を抑えることができるようになり、遅角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる内燃機関のアイドル制御装置の概略構成を示す。
同図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４には、スロットルモータ１６が連結されている。そして、このスロットルモータ１６の駆動制御を通じてスロットルバルブ１４の開度（スロットル開度ＴＡ）が調節され、これにより吸気通路１２を通じて燃焼室１８内に吸入される空気の量が調節される。また、上記吸気通路１２にはインジェクタ２０が設けられている。このインジェクタ２０は吸気通路１２内に燃料を噴射する。

内燃機関１０の燃焼室１８においては、吸入空気と噴射燃料とからなる混合気に対して点火プラグ２２による点火が行われる。このときの点火プラグ２２による点火時期の調節はイグナイタ２２ａによって行われる。この点火動作によって混合気が燃焼してピストン２４が往復移動し、クランクシャフト２６が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１８から排気通路２８に送り出される。

内燃機関１０において、吸気通路１２と燃焼室１８との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室１８と排気通路２８との間は排気バルブ３２の開閉動作によって連通・遮断される。また、吸気バルブ３０はクランクシャフト２６の回転が伝達される吸気カムシャフト３４の回転に伴って開閉動作し、排気バルブ３２は同じくクランクシャフト２６の回転が伝達される排気カムシャフト３６の回転に伴い開閉動作する。

吸気カムシャフト３４には吸気側バルブタイミング可変機構３８が設けられている。この吸気側バルブタイミング可変機構３８は、クランクシャフト２６の回転角（クランク角）に対する吸気カムシャフト３４の相対回転角を調節して、吸気バルブ３０の開閉時期（バルブタイミング）を進角又は遅角させるものである。なお、この吸気側バルブタイミング可変機構３８は、例えば油圧制御バルブなどのアクチュエータ４０を通じて同機構３８に作用する油圧を制御することにより作動される。図２は、吸気側バルブタイミング可変機構３８の作動による吸気バルブ３０のバルブタイミングの変更態様を示している。同図２から分かるように、このバルブタイミングの変更では、吸気バルブ３０のバルブ作動角（バルブが開いてから閉じるまでのクランク角）を一定に保持した状態で同吸気バルブ３０の開時期及び閉時期が共に進角又は遅角される。

排気カムシャフト３６には排気側バルブタイミング可変機構４２が設けられている。この排気側バルブタイミング可変機構４２は、クランク角に対する排気カムシャフト３６の相対回転角を調節して、排気バルブ３２のバルブタイミングを進角又は遅角させるものである。なお、この排気側バルブタイミング可変機構４２は、例えば油圧制御バルブなどのアクチュエータ４４を通じて同機構４２に作用する油圧を制御することにより作動される。また、排気側バルブタイミング可変機構４２の作動による排気バルブ３２のバルブタイミングの変更態様は、上述した吸気バルブ３０の変更態様と同様に、排気バルブ３２のバルブ作動角を一定に保持した状態で同排気バルブ３２の開時期及び閉時期が共に進角又は遅角される。本実施の形態では、この排気側バルブタイミング可変機構４２が、排気バルブの閉時期を可変とする排気閉時期可変機構として機能する。

吸気カムシャフト３４と吸気バルブ３０との間には作動角可変機構４６が設けられている。この作動角可変機構４６は、吸気バルブ３０のバルブ作動角を機関運転条件に応じて可変設定するものであり、電動モータ等のアクチュエータ４８の駆動制御を通じて作動する。この作動角可変機構４６の作動による吸気バルブ３０のバルブ作動角の変更態様を図３に示す。同図３から分かるように、作動角可変機構４６の作動によって、吸気バルブ３０のバルブ作動角はリフト量に同期して変化し、例えばバルブ作動角が小さくなるほどリフト量も小さくなる。このバルブ作動角が大きくなるということは、吸気バルブ３０の開時期と閉時期とが互いに遠ざかるということであり、吸気バルブ３０の開期間が長くなるということを意味する。

本実施の形態では、吸入空気量の調節が、スロットルバルブ１４（図１）の開度制御（スロットル制御）と作動角可変機構４６の作動制御（バルブ作動角可変制御）との協働制御を通じて行われる。吸入空気量は、スロットル開度ＴＡが大きいほど、また吸気バルブ３０のバルブ作動角が大きいときほど多くなる。そのため上記協働制御にあっては、吸気バルブ３０のバルブ作動角を大きく設定するときにはスロットル開度ＴＡを相対的に小さく設定し、逆に同バルブ作動角を小さく設定するときにはスロットル開度ＴＡを相対的に大きく設定するといったようにスロットル制御及びバルブ作動角可変制御がそれぞれ実行されて、吸入空気量が所望の量に調節される。この協働制御にあっては、吸気バルブ３０のバルブ作動角が、内燃機関１０の暖機完了前よりも暖機完了後の方が小さくなるように、具体的には機関冷却水の温度が低いときよりも同温度が高いときの方が小さくなるように調節される。

本実施の形態にかかるアイドル制御装置は、内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサ類を備えている。
そうした各種センサ類としては、例えばクランクシャフト２６の回転速度（機関回転速度）を検出するためのクランクセンサや、機関冷却水の温度を検出するための水温センサが設けられている。また、アクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサや、ブレーキペダルの踏み込みの有無を検出するためのブレーキスイッチが設けられている。更に、吸気バルブ３０のバルブタイミングを検出するための位置センサや、排気バルブ３２のバルブタイミングを検出するための位置センサ、作動角可変機構４６によって設定されている吸気バルブ３０のバルブ作動角（正確には、作動角可変機構４６の作動量）を検出するための作動角センサ等も設けられている。

内燃機関１０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置５０を備えている。この電子制御装置５０は、各種センサ類の検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて上記協働制御や、インジェクタ２０の駆動制御（燃料噴射制御）、吸気側バルブタイミング可変機構３８の作動制御、排気側バルブタイミング可変機構４２の作動制御等といった機関制御を実行する。

電子制御装置５０は、機関制御の一つとして、アイドル回転速度制御（ＩＳＣ制御）を実行する。
このＩＳＣ制御では、内燃機関１０のアイドル運転時における機関回転速度の目標速度（目標アイドル回転速度Ｔｎｉ）が機関冷却水の温度に基づいて算出される。この目標アイドル回転速度Ｔｎｉとしては、内燃機関１０の運転を安定して継続させることの可能な機関回転速度のうち、燃料消費量を極力小さく抑えることのできる機関回転速度が設定される。そして、目標アイドル回転速度Ｔｎｉと機関回転速度とが一致するように上述した協働制御や燃料噴射制御が実行される。

また、上記ＩＳＣ制御の一環として、前述した進角フェイルが吸気側バルブタイミング可変機構３８に発生した場合において上記目標アイドル回転速度Ｔｎｉを同進角フェイルが発生していないときより高い速度に変更する、いわゆるアイドルアップを行うようにしている。具体的には、目標アイドル回転速度Ｔｎｉについての下限値Ｇｎｉを設定するとともに、上記機関冷却水の温度に基づき算出された目標アイドル回転速度Ｔｎｉが同下限値Ｇｎｉを下回っている場合に、目標アイドル回転速度Ｔｎｉとして下限値Ｇｎｉを設定するといった、下限値Ｇｎｉに基づく下限ガード処理が実行される。

こうしたアイドルアップの実施により、機関回転速度が高くなるように燃料噴射量及び吸入空気量が増加されて、吸気側バルブタイミング可変機構３８の進角フェイルに起因する失火発生の回避が図られる。

なお、上記進角フェイルが発生したことは、内燃機関１０のアイドル運転時において、吸気バルブ３０のバルブタイミングがその制御目標位置よりも所定量以上進角側の時期である状態が所定時間以上継続されたことをもって判定される。

また、本実施の形態では、内燃機関１０のアイドル運転時に、排気バルブ３２のバルブタイミングが本来よりも（同バルブタイミングの可変制御における制御目標位置よりも）遅角側に位置されてしまう排気側バルブタイミング可変機構４２の故障、いわゆる排気側バルブタイミング可変機構４２の遅角フェイルの発生についてもこれを判定している。具体的には、内燃機関１０のアイドル運転時において、排気バルブ３２のバルブタイミングがその制御目標位置よりも所定量以上遅角側の時期である状態が所定時間以上継続されたことをもって、上記遅角フェイルが発生したと判定される。

こうした吸気側バルブタイミング可変機構３８の進角フェイル発生の判定や、排気側バルブタイミング可変機構４２の遅角フェイル発生の判定は、前記電子制御装置５０により実行される。

図４は、吸気バルブ３０のバルブタイミング及び排気バルブ３２のバルブタイミングが共に同一の条件下での吸気バルブ３０のバルブ作動角とバルブオーバーラップ量（吸気バルブ３０のバルブ作動角と排気バルブ３２のバルブ作動角とが重複する期間）との関係を示している。

同図４に示すように、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さいときほど、バルブオーバーラップ量は小さい。このことから、同一の態様で吸気側バルブタイミング可変機構３８が前述した進角フェイルになっている場合であっても、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さく設定されているときほど、内部ＥＧＲは少ないと云える。したがって、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さいときほど燃焼状態の悪化度合が小さく、進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度Ｔｎｉの増大量を小さくしても、失火発生を適正に回避することが可能であると云える。

また、本実施の形態では、バルブオーバーラップ量設定の都合上、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さく設定されているときほど、吸気バルブ３０のバルブタイミングが進角側の時期に設定される。そのため、吸気バルブ３０のバルブ作動角がごく小さく設定されているときには、そもそも吸気バルブ３０のバルブタイミングが進角側の制御限界に近い時期に設定されており、このとき上記進角フェイルが発生したとしても、その発生に伴うバルブオーバーラップ量の増大や、これに起因する燃焼状態の悪化を招くおそれは殆どないと云える。

こうした実状をふまえ、本実施の形態では、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さいときには、同バルブ作動角が大きいときと比べて、低い速度にて目標アイドル回転速度Ｔｎｉを制限する値が上記下限値Ｇｎｉとして設定されている。

以下、このように下限値Ｇｎｉを設定する処理（下限値設定処理）の詳細について、図５に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
なお、このフローチャートに示される一連の処理は、下限値設定処理の具体的な処理手順を示したものであり、所定周期毎の処理として前記電子制御装置５０により実行される。

図５に示すように、この処理では先ず、前提条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ１００）。ここでは、以下の条件が共に満たされることをもって前提条件が成立している旨判断される。
・内燃機関１０がアイドル運転状態であること。具体的には、アクセルペダルが踏み込まれていないことや、ブレーキペダルが踏み込まれていることなどをもって、アイドル運転状態であると判断される。
・吸気側バルブタイミング可変機構３８の進角フェイル、あるいは排気側バルブタイミング可変機構４２の遅角フェイルが発生していること。

前提条件が成立していないときには（ステップＳ１００：ＮＯ）、以下の処理を実行することなく、本処理は一旦終了される。
その後において本処理が繰り返し実行されて、前提条件が成立すると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、次に前提条件の成立している状態の継続時間が所定時間Ｔ未満であるか否かが判断される（ステップＳ１０２）。

そして、上記継続時間が所定時間Ｔ未満である期間においては（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、下限値Ｇｎｉが以下のように設定される。
すなわち先ず、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいか否かが判断される（ステップＳ１０４）。

そして、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎ以上である場合には（ステップＳ１０４：ＮＯ）、下限値Ｇｎｉとして固定値Ｇｕｐが設定される（ステップＳ１０６）。
この場合には、吸気バルブ３０のバルブ作動角が比較的大きく設定されているために、バルブオーバーラップ量が大きくなっている可能性が高く、燃焼状態の著しい悪化を招くおそれがある。しかも、内燃機関１０がアイドル運転状態になった直後であることから、例えば機関回転速度がその急速な低下に伴って目標アイドル回転速度Ｔｎｉを一時的に大きく下回るおそれがあるなど、このときの機関運転状態はそもそも機関回転速度の過度の低下を招き易い状態にある。

この点をふまえ、ここでは下限値Ｇｎｉとして固定値Ｇｕｐが設定される。この固定値Ｇｕｐとしては、内燃機関１０がアイドル運転状態になった直後において機関回転速度が急速に低下する場合であっても、同機関回転速度の過度の低下を確実に回避することの可能な値が実験結果などに基づき求められ、設定されている。

一方、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さい場合には（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、このときバルブオーバーラップ量が増大したとしてもこれが小さく、さほど燃焼状態は悪化しないとして、下限値Ｇｎｉを設定することなく、本処理は一旦終了される。すなわち、この場合には下限値Ｇｎｉの設定、ひいてはアイドルアップの実施が禁止されるようになり、機関回転速度が不要に高くされることによる騒音の増大や、燃焼噴射量の不要な増量に伴う燃費性能の悪化などが回避されるようになる。

その後において、さらに本処理が繰り返し実行されて、前提条件の成立している状態の継続時間が所定時間Ｔ以上になると（ステップＳ１０２：ＮＯ）、以後において下限値Ｇｎｉは以下のように設定される。

すなわち先ず、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいか否かが判断される（ステップＳ１０８）。
そして、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎ以上である場合には（ステップＳ１０８：ＮＯ）、バルブオーバーラップ量に基づいてＡマップから下限値Ｇｎｉが算出される（ステップＳ１１０）。

この場合、吸気バルブ３０のバルブ作動角が比較的大きく設定されているために、バルブオーバーラップ量が大きくなっている可能性が高く、これに起因して燃焼状態の著しい悪化を招くおそれがあるとして、これを回避するべく、バルブオーバーラップ量に応じたかたちで、下限値Ｇｎｉが設定される。この下限値Ｇｎｉとしては、詳しくは、機関回転速度の変化が比較的安定した後において、燃料消費量の増大を極力小さく抑えつつ失火発生を確実に回避することの可能な値が設定される。下限値Ｇｎｉは、具体的には、バルブオーバーラップ量が大きいときほど高い速度で目標アイドル回転速度Ｔｎｉを制限する値であって、上記固定値Ｇｕｐよりも低い速度で目標アイドル回転速度Ｔｎｉを制限する値である。

なお、図６に示すように、上記Ａマップは、バルブオーバーラップ量に基づいて下限値Ｇｎｉを算出するためのマップであり、そうした下限値Ｇｎｉとバルブオーバーラップ量との関係が実験などによって求められ、設定されている。また、マップ演算に用いるバルブオーバーラップ量は、吸気バルブ３０のバルブタイミング及びバルブ作動角、排気バルブ３２のバルブタイミングに基づき求められる。

一方、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さい場合には（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、排気バルブ３２のバルブタイミングに基づいてＢマップから下限値Ｇｎｉが算出される（ステップＳ１１２）。

この場合における下限値Ｇｎｉの算出パラメータとして、排気バルブ３２のバルブタイミングを採用した理由について説明する。
排気バルブのバルブタイミングが可変設定される内燃機関にあっては、排気バルブの閉時期が上死点から大きく遅角された時期に設定されることがある。この場合、吸気行程において比較的長期にわたって排気バルブが開かれることとなるために、たとえ吸気バルブのバルブ作動角が小さく、バルブオーバーラップ量が小さくても、一旦排気通路に放出された排気が再び気筒内に吸入されるようになって、内部ＥＧＲは多くなる。したがって、吸気バルブのバルブ作動角が小さいときであっても、排気バルブの閉時期が大きく遅角されているときには、内部ＥＧＲの著しい増大、ひいては失火発生を招くおそれがある。

本実施の形態にかかる内燃機関１０にあっては、失火発生を招くほどではないものの、燃焼状態の若干の悪化を招くおそれがあることから、これによる影響を抑制するべく、排気バルブ３２のバルブタイミングに応じたかたちで下限値Ｇｎｉを設定するようにしている。

図７に示すように、上記Ｂマップは、排気バルブ３２のバルブタイミングに基づいて下限値Ｇｎｉを算出するためのマップである。またこのＢマップは、機関回転速度の変化が比較的安定した後において、燃料消費量の増大を極力小さく抑えつつ燃焼状態の悪化を的確に回避することの可能な下限値Ｇｎｉと排気バルブ３２のバルブタイミングとの関係が実験などによって求められ、設定されている。

なお、このＢマップから算出される下限値Ｇｎｉは、殆どの領域において、実際には目標アイドル回転速度Ｔｎｉが制限されない低い速度に相当する値、換言すれば、アイドルアップが実施されない値である。ただし、排気バルブ３２のバルブタイミングが大きく遅角されている領域においては、同バルブタイミングが遅角側の時期であるほど、高い速度で目標アイドル回転速度が制限されるようになる値が下限値Ｇｎｉとして算出される。これにより、アイドルアップが実施される。ちなみに、ここで算出される下限値Ｇｎｉは、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいときに設定される下限値Ｇｎｉよりも低い速度に相当する値である。

このように下限値Ｇｎｉが算出された後、本処理は一旦終了される。
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。

（１）吸気側バルブタイミング可変機構３８の進角フェイル発生時において、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さいときには、同バルブ作動角が大きいときと比べて、低い速度にて目標アイドル回転速度Ｔｎｉを制限する値が下限値Ｇｎｉとして設定される。これにより、吸気バルブ３０のバルブ作動角の設定態様に応じて異なる燃焼状態への影響に応じたかたちで下限値Ｇｎｉ、ひいては目標アイドル回転速度Ｔｎｉの増大量を設定することができるようになる。このため、機関回転速度が不要に高くされることによる騒音の増大や、燃焼噴射量の不要な増量に伴う燃費性能の悪化などを回避しつつ、失火発生を回避することができるようになる。したがって、吸気側バルブタイミング可変機構３８の進角フェイル発生時の失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

（２）吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいときには、アイドルアップの実施を禁止するようにした。そのため、バルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいとき、換言すれば、上記進角フェイル発生に伴う内部ＥＧＲの増大量が比較的少なく、失火発生を招く可能性が低いときには、目標アイドル回転速度Ｔｎｉが増大されなくなる。したがって、その分だけ機関回転速度の不要な上昇や燃料噴射量の不要な増量を抑えることができるようになり、上記進角フェイル発生時の失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

（３）前提条件が成立した状態が所定時間Ｔ以上継続された後において、吸気バルブ３０のバルブ作動角が大きいとき、すなわちバルブオーバーラップ量の増大による燃焼状態の悪化が懸念されるときにはバルブオーバーラップ量に基づいて下限値Ｇｎｉが算出される。また、同バルブ作動角が小さいとき、すなわち排気バルブ３２の閉時期が大きく遅角されることによる燃焼状態の悪化が懸念されるときには、排気バルブ３２のバルブタイミングに基づいて下限値Ｇｎｉが算出される。したがって、そのときどきの吸気バルブ３０のバルブ作動角に適した設定パラメータを用いて下限値Ｇｎｉ、ひいては目標アイドル回転速度Ｔｎｉを設定することができるようになり、上記進角フェイル発生時の失火発生を、さらに効率的、効果的に抑制することができるようになる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・前提条件の成立した状態の継続時間が所定時間Ｔ以上になった後において、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さい場合には、排気バルブ３２のバルブタイミングに基づいて下限値Ｇｎｉを算出するようにした。この算出に用いるバルブタイミングとしては、例えば排気バルブ３２の開時期や、排気バルブ３２の変位が最大になる時期などといった排気バルブ３２の閉時期の指標値の他、排気バルブ３２の閉時期そのものを採用することができる。

・上記実施の形態にかかるアイドル制御装置が変速機を有する車両の内燃機関に適用される場合には、ステップＳ１１０の処理やステップＳ１１２の処理において下限値Ｇｎｉを算出するための算出パラメータとして、変速機のシフト位置を併せ用いるようにしてもよい。

・内燃機関１０がアイドル運転状態になった直後における機関回転速度の過度の低下が回避されるのであれば、下限値設定処理の変形例の具体的な処理手順を図８のフローチャートに示すように、前記下限値設定処理におけるステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理を省略することが可能である。

・上記実施の形態では、吸気バルブ３０のバルブ作動角が所定値Ａｎよりも小さいときと同バルブ作動角が所定値Ａｎ以上であるときとで、下限値Ｇｎｉの設定態様を切り替えるようにした。これに代えて、吸気バルブ３０のバルブ作動角に応じて定められる３以上の複数の態様で下限値Ｇｎｉの設定態様を切り替えるようにしてもよい。また、複数の設定態様を切り替えることに代えて、吸気バルブ３０のバルブ作動角に基づいて下限値Ｇｎｉを算出することによって、同バルブ作動角に応じたかたちで下限値Ｇｎｉを可変設定することなども可能である。要は、吸気バルブ３０のバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、低い速度で目標アイドル回転速度Ｔｎｉを制限するようになる値を下限値Ｇｎｉとして設定することができればよい。

・上記実施の形態にかかるアイドル制御装置は、排気側バルブタイミング可変機構４２を備えていない内燃機関にも適用可能である。同構成にあっては、下限値設定処理におけるステップＳ１１２の処理を省略することもできる。

・本発明は、ＩＳＣ制御での目標アイドル回転速度についての下限値を設定することによってアイドルアップを実施する装置に限らず、目標アイドル回転速度の算出態様を変更することや、目標アイドル回転速度を変更するための補正量を算出することによってアイドルアップを実施する装置などにも適用することができる。同構成にあっては、吸気バルブのバルブ作動角が小さいときに、大きいときに比して、前記進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定するようにすればよい。或いは、吸気バルブのバルブ作動角が所定値よりも小さいときに、前記進角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止するようにしてもよい。

・本発明は、吸気バルブのバルブ作動角が暖機完了の有無に応じて可変設定される内燃機関の他、吸気バルブやそのバルブシートへのデポジットの付着状況や、ヘッドライト等の電装品の使用状況、或いはエアーコンプレッサやオルタネータ等の機関補機の作動状況に応じて吸気バルブのバルブ作動角が可変設定される内燃機関などにも適用可能である。

・本発明は、吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構を備える内燃機関に限らず、排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構を備える内燃機関にも適用することができる。同構成にあっては、排気バルブのバルブ作動角が小さいときに、大きいときに比して、前記進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定するようにすればよい。或いは、排気バルブのバルブ作動角が所定値よりも小さいときに、前記進角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止するようにしてもよい。

・本発明は、排気側バルブタイミング可変機構と吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構とを備える内燃機関や、排気側バルブタイミング可変機構と排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構とを備える内燃機関にも適用することができる。

ここで、同一態様で排気側バルブタイミング可変機構が遅角フェイルになっている場合であっても、作動角可変機構によって吸気バルブ（或いは排気バルブ）のバルブ作動角が小さく設定されているときほど、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量が小さく、内部ＥＧＲも少ない。したがって、上記バルブ作動角が小さいときほど燃焼状態の悪化度合が小さく、遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定しても、失火発生を適正に回避することが可能であると云える。

そのため、上記内燃機関にあって、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定するようにすればよい。これにより、上記バルブ作動角に応じたかたちで、すなわちその燃焼状態への影響に応じたかたちで目標アイドル回転速度の増大量を設定することができるようになる。したがって、機関回転速度の不要な上昇を抑えつつ失火発生を抑制するといったように、遅角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

また、上記内燃機関にあって、作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が所定値よりも小さいときに、遅角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止するようにしてもよい。同構成によれば、バルブ作動角が所定値よりも小さいとき、換言すれば、上記遅角フェイル発生に伴う内部ＥＧＲの増大量が比較的少なく、失火発生を招く可能性が低いときに、目標アイドル回転速度の増大を禁止することができるようになる。したがって、その分だけ機関回転速度の不要な上昇を抑えることができるようになり、遅角フェイル発生時における失火発生を、より効率的、効果的に抑制することができるようになる。

本発明を具体化した一実施の形態の概略構成図。吸気側バルブタイミング可変機構の作動に基づく吸気バルブのバルブタイミングの変化態様を示すグラフ。作動角可変機構の作動に基づく吸気バルブのバルブ作動角の変化態様を示すグラフ。吸気バルブのバルブ作動角とバルブオーバーラップ量との関係を示すグラフ。下限値設定処理の具体的な処理手順を示すフローチャート。下限値の設定に用いるＡマップのマップ構造を示す略図。下限値の設定に用いるＢマップのマップ構造を示す略図。下限値設定処理の変形例の具体的な処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…スロットルモータ、１８…燃焼室、２０…インジェクタ、２２…点火プラグ、２２ａ…イグナイタ、２４…ピストン、２６…クランクシャフト、２８…排気通路、３０…吸気バルブ、３２…排気バルブ、３４…吸気カムシャフト、３６…排気カムシャフト、３８…吸気側バルブタイミング可変機構、４０，４４，４８…アクチュエータ、４２…排気側バルブタイミング可変機構、４６…作動角可変機構、５０…電子制御装置。

Claims

吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記吸気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記吸気バルブのバルブタイミングが本来よりも進角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、
前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、前記進角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定する
ことを特徴とする内燃機関のアイドル制御装置。
吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記吸気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記吸気バルブのバルブタイミングが本来よりも進角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の進角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、
前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記進角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止する
ことを特徴とする内燃機関のアイドル制御装置。
当該内燃機関は、排気バルブの閉時期を可変とする排気閉時期可変機構を更に備えるものであって、
前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が大きいときには、吸排気バルブのバルブオーバーラップ量に基づいて前記目標アイドル回転速度を算出し、同設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記排気バルブの閉時期に基づいて前記目標アイドル回転速度を算出する
ことを特徴とする請求項１又は２に内燃機関のアイドル制御装置。
吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記排気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記排気バルブのバルブタイミングが本来よりも遅角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の遅角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、
前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、大きいときに比して、前記遅角フェイル発生時のアイドルアップにおける目標アイドル回転速度の増大量を小さく設定する
ことを特徴とする内燃機関のアイドル制御装置。
吸気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構及び排気バルブのバルブ作動角を可変設定する作動角可変機構のいずれか一方と前記排気バルブのバルブタイミングを可変設定するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、同機関のアイドル回転速度制御を行うとともに、アイドル運転時の前記排気バルブのバルブタイミングが本来よりも遅角側に位置される前記バルブタイミング可変機構の遅角フェイル発生時に、前記アイドル回転速度制御での目標アイドル回転速度を増大させるアイドルアップを実施する内燃機関のアイドル制御装置において、
前記作動角可変機構により設定されるバルブ作動角が小さいときには、前記遅角フェイル発生時のアイドルアップの実施を禁止する
ことを特徴とする内燃機関のアイドル制御装置。