JP2006125347A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒間における吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方のばらつきに起因した内燃機関への悪影響を、より小さくすることのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】電子制御装置は、吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方について各気筒間のばらつきが検出されたとき、そうでないときに比して吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方についての最小限度値を増大させる。また、電子制御装置は、上記最小限度値を増大させるにあたって、該最小限度値の単位時間あたりの変更量が内燃機関における加速時にそれ以外の時に比して大となるように該単位時間あたりの変更量を設定する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、多気筒内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブ可変機構を駆動して吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方を調節する内燃機関の制御装置に関する。

近年、吸気バルブの最大リフト量や作動角を可変とする吸気バルブ可変機構が実用されている（例えば特許文献１参照）。こうした機構を備える内燃機関では、機関運転状態に応じて上記最大リフト量や作動角を適宜調節することで、機関性能の更なる向上が図られている。

上記特許文献１に記載の吸気バルブ可変機構は、多気筒内燃機関においてその各気筒毎に設けられるとともに、共通のコントロールシャフトを介して駆動されるようになっている。
特開２００１−２６３０１５号公報

こうした多気筒内燃機関においては、上記吸気バルブ可変機構を支持するシリンダヘッドとコントロールシャフトとの間の熱膨張差や部品の組み付け誤差等により、各気筒間で上記最大リフト量や作動角にばらつきが生じることがある。このばらつきが生じると、各気筒間で吸入空気量、ひいては燃焼状態が異なるものとなり、その相異が内燃機関のトルク変動を招いて機関運転が不安定になる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各気筒間における吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方のばらつきに起因した内燃機関への悪影響を、より小さくすることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１に係る発明は、多気筒内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブ可変機構を駆動して吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方を調節するとともに吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を調節することで吸入空気量の調節を行う内燃機関の制御装置であって、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方について前記各気筒間のばらつきを検出する検出手段と、前記検出手段によって前記ばらつきが検出されたとき、そうでないときに比して前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方についての最小限度値を増大させる制限変更手段とを備え、前記制限変更手段は、前記最小限度値を増大させるにあたって、前記最小限度値の単位時間あたりの変更量が当該内燃機関における加速時にそれ以外の時に比して大となるように該単位時間あたりの変更量を設定することをその要旨とする。

吸気バルブの最大リフト量や作動角は各気筒の吸入空気量に相関することから、そのばらつきが内燃機関のトルク特性等に与える悪影響は、これら最大リフト量や作動角が小さいときほど大きなものとなる傾向にある。本発明では、上記ばらつきが検出されたとき吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方についてその調節範囲の最小限度値が増大される（引き上げられる）。即ち、上記調節範囲がその最小限度側において狭められることから、上記最大リフト量及び作動角の少なくとも一方の最小値がより大きなものとなる。従って、上記ばらつきが内燃機関のトルク特性等に与える悪影響を、より小さくすることが可能となる。

ところで、上記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方についての最小限度値を増大する際には、これにより最大リフト量や作動角が増大されてしまう場合に、それに併せてスロットルバルブの開度を小さくすることで、上記最小限度値の増大に伴う吸入空気量の増加を回避することができる。このとき、上記最小限度値の単位時間あたりの変更量が大きいと、仮に上記最小限度値の増大変更に併せてスロットルバルブの開度を瞬時に小さくしたとしても、吸気通路における空気の流動遅れ（流量低下の遅れ）によって、各気筒内に吸入される空気の量が一時的に増加し、トルク変動が発生する懸念がある。そして、内燃機関における定常運転時や減速時等、加速時以外の時には、上記最大リフト量や作動角がその調節範囲において相対的に小さくされがちであることから、こうしたトルク変動が生じ易くなるとともにそれによる影響の度合が大きくなる虞がある。

その点、上記発明によれば、上記流動遅れが生じたとしても、定常運転時や減速時等、加速時以外の時においては上記最小限度値の単位時間あたりの変更量が小さく設定されることとなるため、各気筒内に吸入される空気の量はゆっくりと増加されるに留まる。その結果、上記トルク変動が生じ難くなる。

一方、内燃機関の加速時には、要求吸入空気量が増大されて上記最大リフト量及び作動角の少なくとも一方の増大が図られることから、上記単位時間あたりの変更量が大きい状態で最小限度値が増大されても、これによるトルク変動等の悪影響は生じ難い。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記各吸気バルブ可変機構は、これら各吸気バルブ可変機構に掛け渡されたコントロールシャフトを介して駆動されることをその要旨とする。

このようにコントロールシャフトを介して各吸気バルブ可変機構が駆動される態様では、内燃機関において各吸気バルブ可変機構を支持する部材（例えばシリンダヘッド）とコントロールシャフトとの間の熱膨張差に起因にして、上記最大リフト量や作動角に上記各気筒間でのばらつきが生じ易くなる。即ち本発明においては、こうしたばらつきが内燃機関のトルク特性等に与える悪影響を、より小さくすることが可能となる。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を、自動車に搭載される多気筒内燃機関の制御装置に適用した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施形態にかかる制御装置の全体構成を示す。

同図に示されるように、内燃機関１０は、４つの気筒１１を備える４気筒のガソリンエンジンとして構成されている。各気筒１１には、図２に示されるように、これらに新気（空気）を供給する吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、同通路３内を流れる空気量を調節するスロットルバルブ１８が設けられている。

また、吸気通路３には、燃料の噴射量を制御する燃料噴射弁４が備えられており、これにより、吸気通路３内の空気と上記燃料噴射弁４から吐出される燃料との混合気が各気筒１１に供給されることとなる。そして、これら各気筒１１に供給された混合気は、点火プラグ５により着火され、燃焼に供されることとなる。そして、この燃焼によって生成される排気ガス（燃焼に供された混合気）は、各気筒１１に接続されている排気通路６に排出される。また、この排気通路６の下流には、３元触媒の内蔵された触媒コンバータ７が接続されている。

更に、この内燃機関１０には、冷却通路８が接続されており、これから内燃機関１０に冷却水が供給される。そして、この冷却通路８には、内燃機関１０の機関出力（出力トルク）によって駆動されるウォータポンプＷＰが設けられおり、このウォータポンプＷＰによって冷却水は内燃機関１０を循環する。また、この冷却通路８には、冷却水温が所定の温度以上となると内燃機関１０及びラジエータ９間での冷却水の流通を許容する弁を機械的に開弁するサーモスタットＴＶが設けられている。そして、これにより、内燃機関１０を循環する冷却水のうち、同内燃機関１０を冷却するラジエータ９を循環する循環量が機械的に制御される。

上記気筒１１の上方は、先の図１に示すように、シリンダヘッド１２に覆われている。そして、シリンダヘッド１２上には、吸気バルブを駆動する吸気カム１３ａの設けられた吸気カムシャフト１３と排気バルブを駆動する排気カムの設けられた排気カムシャフト１４とが備えられている。そして、これら吸気カムシャフト１３と排気カムシャフト１４とは、内燃機関１０の出力軸としてのクランクシャフト１５と駆動連結されている。

また、内燃機関１０には、全吸気バルブの最大リフト量、及び作動角（即ち吸気バルブを駆動する吸気カムの作用角）を調節可能なバルブ調節装置が備えられている。このバルブ調節装置は、各気筒１１毎に設けられた吸気バルブ可変機構２０や、同機構２０を駆動する電動アクチュエータ３０を備えて構成されるものである。本実施形態では、こうした各吸気バルブ可変機構２０の駆動を通じて各気筒１１における上記最大リフト量及び作動角を調節するとともに、これに併せて上記スロットルバルブ１８の開度を調節することで、該各気筒１１の吸入空気量を制御するようにしている。

電子制御装置（図中、ＥＣＵ）５０は、内燃機関１０の各箇所の状態を検出するセンサの検出値を取り込んで、上記燃料噴射弁４や点火プラグ５、スロットルバルブ１８等、同内燃機関１０の各箇所を制御するものである。このセンサとしては、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサ５１や、内燃機関１０の吸入空気量を検出するエアフローメータ５２、上記冷却水温を検出する水温センサ５３、吸気カムシャフト１３の回転角を検出するカム角センサ５４、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ５５等がある。

次に、上記バルブ調節装置について説明する。
図３（ａ）は、バルブ調節装置の備える吸気バルブ可変機構２０の構成を示す斜視図である。

この吸気バルブ可変機構２０は、中央に設けられた入力部２１、同図において左に設けられた第１揺動カム２２（出力部）及び右に設けられた第２揺動カム２３（出力部）を備えている。これら入力部２１のハウジング２１ｈ及び揺動カム２２，２３の各ハウジング２２ｈ，２３ｈはそれぞれ外径が同じ円柱状をなしている。ちなみに、この図３（ａ）では、入力部２１、第１揺動カム２２及び第２揺動カム２３の各ハウジング２１ｈ，２２ｈ，２３ｈを軸位置にて水平に切断して上部半分を取り除き、内部を示している。

ここで、入力部２１のハウジング２１ｈの内部には、その軸方向に延在する略円柱状の空間が形成され、この空間の内周面には右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン２１ｓが形成されている。また外周面からは２つのアーム２１ａ，２１ｂが平行に突出して形成されている。各アーム２１ａ，２１ｂの先端には、これらを連結するようにしてシャフト２１ｔが配設されている。このシャフト２１ｔはハウジング２１ｈの軸方向と平行であり、その外周面上にはローラ２１ｒが回転可能に取り付けられている。

また、第１揺動カム２２のハウジング２２ｈの内部には、その軸方向に延在する略円柱状の空間が形成され、この空間の内周面には左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン２２ｓが形成されている。そして、第１揺動カム２２の外周面からは、上記軸方向に見たときの形状が略三角形状のノーズ２２ｎが突出して形成されている。

一方、第２揺動カム２３のハウジング２３ｈの内部には、その軸方向に延在する略円柱状の空間が形成され、この空間の内周面には左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン２３ｓが形成されている。そして、第２揺動カム２３の外周面からは、上記同様、上記軸方向に見たときの形状が略三角形状のノーズ２３ｎが突出して形成されている。

これら第１揺動カム２２及び第２揺動カム２３は、入力部２１の両端から各端面を同軸上で接触させるように配置されている。そして、入力部２１及び第１揺動カム２２及び第２揺動カム２３から構成される内部空間には、スライダギア２４が配置されている。

ここでスライダギア２４は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に形成された入力用ヘリカルスプライン２４ａが形成されている。そして、この入力用ヘリカルスプライン２４ａの左側端部には小径部２４ｂを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第１出力用ヘリカルスプライン２４ｃが形成されている。また、入力用ヘリカルスプライン２４ａの右側端部には小径部２４ｄを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第２出力用ヘリカルスプライン２４ｅが形成されている。

図示されるように、スライダギア２４のうち、入力用ヘリカルスプライン２４ａは入力部２１内部のヘリカルスプライン２１ｓに噛み合わされている。また第１出力用ヘリカルスプライン２４ｃは第１揺動カム２２内部のヘリカルスプライン２２ｓに噛み合わされ、第２出力用ヘリカルスプライン２４ｅは第２揺動カム２３内部のヘリカルスプライン２３ｓに噛み合わされている。

スライダギア２４の内部には中心軸方向に貫通孔２４ｆが形成されている。そして一方の小径部２４ｄには、その外周面と貫通孔２４ｆの内周面とを連通するようにして貫通形成された長孔２４ｇが形成されている。この長孔２４ｇは周方向に長く形成されている。

このスライダギア２４の貫通孔２４ｆ内には図３（ａ）にその一部を示すように支持パイプ２６が周方向に摺動可能に配置されている。この支持パイプ２６は、先の図１に示したように、すべての吸気バルブ可変機構２０に共通の１本が設けられている。

更に、支持パイプ２６内には、軸方向に摺動可能にコントロールシャフト２７が貫通している。このコントロールシャフト２７も支持パイプ２６と同様にすべての吸気バルブ可変機構２０に共通の１本が設けられている。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）においては、支持パイプ２６及びコントロールシャフト２７についてその一部のみ、詳述すれば、１つの吸気バルブ可変機構２０に対応する一部分のみが示されている。

コントロールシャフト２７には、図３（ｂ）に示すように、各吸気バルブ可変機構２０毎に係止ピン２７ａが突出形成されている。この係止ピン２７ａは、支持パイプ２６に形成された軸方向に延在する長孔２６ａを貫通するようにしてこれに挿入されている。そして更に、係止ピン２７ａは、図３（ａ）に示すようにスライダギア２４の長孔２４ｇ内にその先端が挿入されている。

こうした構造により本実施形態では、支持パイプ２６がシリンダヘッド１２に対して固定されていても、コントロールシャフト２７を軸方向に移動させることにより係止ピン２７ａを長孔２６ａ内で軸方向にスライドさせて、これによりスライダギア２４を同方向に移動させることができるようになっている。ここで、スライダギア２４自体は、長孔２４ｇを介して係止ピン２７ａに係止されていることにより、軸方向の位置は決定されるが軸周りについては揺動可能となっている。

このように構成された各吸気バルブ可変機構２０は、先の図１に示したように、その端部側にてシリンダヘッド１２に形成された立壁部１６，１７に挟まれて、軸周りには揺動可能であるが軸方向に移動するのが阻止されている。この立壁部１６，１７には孔が形成されており、支持パイプ２６はこの孔に挿通されて各立壁部１６，１７に固定されている。従って、支持パイプ２６はシリンダヘッド１２に対しては固定されており軸方向に移動したり回転したりすることはない。

また、コントロールシャフト２７は支持パイプ２６内を軸方向に摺動可能に挿通され、一端側にて電動アクチュエータ３０に連結されている。この電動アクチュエータ３０によりコントロールシャフト２７の軸方向の変位が可能とされている。

電動アクチュエータ３０は電子制御装置５０からの指令に基づき駆動される電動モータを備えてなるものであり、同電動モータの回転に応じてコントロールシャフト２７の軸方向の変位量が調節されるようになっている。そして本実施形態では、こうしたコントロールシャフト２７の変位に基づいて、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変制御するようにしている。なお上記最大リフト量及び作動角については、上記電動モータから電子制御装置５０に向けて発せられるその回転角についての検出信号に基づき把握されるようになっている。

次に、上記コントロールシャフト２７を変位させることで行われる上記最大リフト量及び作動角の可変制御態様について説明する。
図４は、上記吸気バルブ可変機構２０及びその周辺部を上記軸方向に見た状態を示すものである。図４（ａ）に示すように、吸気カムシャフト１３に設けられた吸気カム１３ａは吸気バルブ可変機構２０の入力部２１（ローラ２１ｒ）と接触して配置されている。そして、吸気バルブ可変機構２０の第２揺動カム２３は、ロッカーアーム１に回転可能に取り付けられたローラ１ａと接触している。また、吸気バルブ２は、ロッカーアーム１によって押し下げられる位置に配置されている。なお、ここでは第２揺動カム２３のみを示しているが、第１揺動カム２２についてもここでは図示しない別の吸気バルブに対応して同様な態様にて設けられている。以下、本実施形態においては、吸気バルブ２の開閉動作を、第２揺動カム２３から駆動力を得る吸気バルブを例として説明する。

この図４は、電動アクチュエータ３０によってコントロールシャフト２７を先の図３（ａ）に示したＦ方向へ最大限変位させた場合の吸気バルブ可変機構２０の状態を示している。

ここで、図４（ａ）では、吸気カム１３ａのベース円部分（ノーズ１３ｂを除いた部分）が、吸気バルブ可変機構２０における入力部２１のローラ２１ｒに接触している。このとき、第２揺動カム２３のノーズ２３ｎはロッカーアーム１のローラ１ａには接触しておらず、ノーズ２３ｎに隣接したベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ２はスプリング２ｂによる閉弁側への付勢力によって閉弁状態にある。

吸気カムシャフト１３が回転して吸気カム１３ａのノーズ１３ｂが入力部２１のローラ２１ｒを押し下げると、吸気バルブ可変機構２０内では入力部２１からスライダギア２４を介して第２揺動カム２３に揺動が伝達されて、第２揺動カム２３はノーズ２３ｎを押し下げるように揺動する。これによりノーズ２３ｎに設けられた湾曲状のカム面２３ｅが直ちにロッカーアーム１のローラ１ａに接触して、図４（ｂ）に示すように、カム面２３ｅの全範囲を使用してロッカーアーム１のローラ１ａを押し下げる。これにより、ロッカーアーム１は基端部１ｃ側を中心に揺動し、ロッカーアーム１の先端部１ｄは大きく吸気バルブ２のステムエンド２ａを押し下げる。こうして吸気バルブ２はその最大リフト量及び作動角が最も大きい状態で駆動される。

図５は、電動アクチュエータ３０によってコントロールシャフト２７を図４の状態から先の図３（ａ）に示すＲ方向へ少し移動させた場合の吸気バルブ可変機構２０の状態を示している。

図５（ａ）では吸気カム１３ａのベース円部分が、吸気バルブ可変機構２０における入力部２１のローラ２１ｒに接触している。このとき、第２揺動カム２３のノーズ２３ｎはロッカーアーム１のローラ１ａには接触しておらず、このため、吸気バルブ２はスプリング２ｂによる閉弁側への付勢力によって閉弁状態にある。しかもこのとき、第２揺動カム２３はローラ１ａと、図４の場合に比較して少しノーズ２３ｎから離れたベース円部分が接触している。これは吸気バルブ可変機構２０内でスライダギア２４が少しＲ方向に移動したため、入力部２１のローラ２１ｒと第２揺動カム２３のノーズ２３ｎとの位相間隔が小さくなったためである。

吸気カムシャフト１３が回転して吸気カム１３ａのノーズ１３ｂが入力部２１のローラ２１ｒを押し下げると、吸気バルブ可変機構２０内では入力部２１からスライダギア２４を介して第２揺動カム２３に揺動が伝達されて、第２揺動カム２３はノーズ２３ｎを押し下げるように揺動する。

上述したように、図５（ａ）の状態ではロッカーアーム１のローラ１ａはノーズ２３ｎから離れたベース円部分が接触している。このため、第２揺動カム２３が揺動しても、しばらくはロッカーアーム１のローラ１ａはノーズ２３ｎに設けられた湾曲状のカム面２３ｅに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。その後、湾曲状のカム面２３ｅがローラ１ａに接触して、図５（ｂ）に示すようにロッカーアーム１のローラ１ａを押し下げる。これにより、ロッカーアーム１は基端部１ｃを中心に揺動する。しかし、ロッカーアーム１のローラ１ａが当初、ノーズ２３ｎから離れている分、カム面２３ｅの使用範囲は少なくなってロッカーアーム１の最大揺動角度は小さくなり、ロッカーアーム１の先端部１ｄによるステムエンド２ａの最大押し下げ量、即ち最大リフト量及び作動角は小さくなる。こうして吸気バルブ２は最大リフト量及び作動角が図４の場合より小さい状態で駆動される。

こうした吸気バルブ可変機構２０の駆動による上記最大リフト量及び作動角の変更態様を図６に示す。同図に示す特性曲線から分かるように、上記最大リフト量と作動角とは互いに相関関係を有しながら同期して変化するものであって、例えば作動角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなってゆく。この作動角が小さくなるということは、吸気バルブ２の開弁時期と閉弁時期とが互いに近寄るということであり、吸気バルブ２の開弁期間が短くなるということを意味する。なお本実施形態では、電動アクチュエータ３０による吸気バルブ可変機構２０の駆動を通じて上記最大リフト量及び作動角が同図の各特性曲線の間で連続的に変更され得るようになっている。

本実施形態ではこうした吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角の調節を通じた各気筒１１の吸入空気量調節が行われる。また上記したように、この吸入空気量調節に併せて、スロットルバルブ１８の開度調節を通じた吸入空気量調節も行われるようになっている。

これら各吸気バルブ可変機構２０及びスロットルバルブ１８を通じて行われる吸入空気量調節においては、例えば、定常運転時等における内燃機関１０全体としての吸入空気量が一定となるようにこれが調節される。即ち、例えば、上記内燃機関１０全体としての吸入空気量を一定に保った状態で、吸気通路３におけるスロットルバルブ１８よりも各気筒１１側の領域の圧力を低下させる場合などには、上記吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角を大きくしつつこれと連動してスロットルバルブ１８の開度を小さくする。逆に、上記吸入空気量を一定に保った状態で吸気通路３における上記領域の圧力を上昇させる場合などには、上記最大リフト量及び作動角を小さくしつつこれと連動してスロットルバルブ１８の開度を大きくする。

ところで、上述のように本実施形態のバルブ調節装置では、各吸気バルブ可変機構２０に掛け渡されたコントロールシャフト２７の軸方向への変位に応じて各気筒１１における吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角が調節される。こうした態様では、支持パイプ２６を介して各吸気バルブ可変機構２０を支持するシリンダヘッド１２と、コントロールシャフト２７との間の熱膨張差や、各部品の組み付け誤差等に起因にして、上記最大リフト量及び作動角に各気筒１１間でのばらつきが生じ易くなる。特に上記熱膨張差に起因するものに関しては、シリンダヘッド１２やコントロールシャフト２７の温度に応じてこれら両者間の各部位の相対位置関係が変化することから、同様に上記ばらつきの態様も上記温度に応じて変化する。

こうした最大リフト量及び作動角のばらつきは各気筒１１間での吸入空気量のばらつきを引き起こし、ひいては、これにより各気筒１１間で燃焼状態が異なるものとなって、その相異が内燃機関１０にトルク変動を生じさせ機関運転の不安定化を招くこととなる。そして、上記ばらつきの大きさ自体は上記最大リフト量や作動角の大きさに相関しないことから、これら最大リフト量及び作動角に対する上記ばらつきの大きさの比率は、上記最大リフト量及び作動角が小さいほど大きくなる。従って、上記ばらつきが内燃機関１０のトルク特性等に与えるこうした悪影響も同様に、上記最大リフト量や作動角が小さいときほど大きなものとなる。

本実施形態では、こうしたばらつきが生じたとき、これによる悪影響を小さくすべく、各吸気バルブ可変機構２０を通じた上記最大リフト量及び作動角の調節におけるその範囲についての最小限度値の増大（換言すると、下限の引き上げ）を図る制限変更制御を行うようにしている。

以下、こうした制限変更制御等の処理手順について図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。これらフローチャートで示される制御ルーチンは電子制御装置５０を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

先ず、図７のイニシャルルーチンについて説明する。
この制御ルーチンでは先ず、内燃機関１０においてアイドル運転状態の継続された時間が所定に至ったか否かが判定される（ステップＳ１００）。この判定は、クランク角センサ５１の検出信号から把握されるクランクシャフト１５の回転速度情報（機関回転速度情報）や、アクセルポジションセンサ５５の検出信号から把握されるアクセルペダル踏み込み量情報等に基づいて行われる。即ち、アクセルペダル踏み込み量が「０」で且つ上記回転速度がアイドル運転時の正常範囲内にある状態（アイドル運転状態）が所定時間継続されたことをもってその判定結果がＹＥＳとされる。このステップＳ１００判定処理は、その判定結果がＹＥＳとなるまで繰り返し実行される。

上記判定結果がＹＥＳとされた場合には、内燃機関１０が、次の処理であるステップＳ１１０判定処理を行うのに適した状態にあると判断され、同ステップＳ１１０において、吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角に関して各気筒１１間にばらつきがあるか否かの判定がなされる。こうした上記最大リフト量及び作動角のばらつきは、各気筒１１間での吸入空気量のばらつき、ひいては、各気筒１１での燃焼によって順次発生される出力トルクのばらつき、即ち内燃機関１０のトルク変動を引き起こす。従って本実施形態では、この出力トルクのばらつきに起因して発生するクランクシャフト１５の回転速度の変動に基づき、上記判定を行うようにしている。

即ち、この判定においては、上記クランクシャフト１５の回転速度情報に基づき、カム角センサ５４の検出信号を通じて気筒判別を行いつつクランクシャフト１５の回転速度の変動を検出し、例えばその変動幅が基準を超えたことをもって「ばらつき有り（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）」とするようにしている。そしてこの場合には、処理がステップＳ１２０に移行され、上記最大リフト量及び作動角の調節範囲についての最小限度値を増大させる制限変更制御が実行される。他方、上記ステップＳ１１０判定処理において上記変動幅が上記基準以下である（「ばらつき無し」）とされたとき（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、上記制限変更制御が実行されることなく本制御ルーチンが一旦終了される。

なお、上記ステップＳ１１０判定処理において「ばらつき有り」との判定がなされたときには、「ばらつき有無フラグ」が「オン」に設定されるとともにその設定が電子制御装置５０内のＲＡＭに記憶される。逆に上記判定処理において「ばらつき無し」との判定がなされたときには、上記フラグが「オフ」に設定されるとともにその設定が上記ＲＡＭに記憶される。

次に、図８に示す上記制限変更制御に関する制御ルーチンについて説明する。
この制御ルーチンでは先ず、定常運転時或いは減速時であるか否かが判定される（ステップＳ２００）。この判定は上記回転速度情報やアクセルペダル踏み込み量情報等に基づいて行われる。

そしてこの判定結果がＹＥＳ、即ち定常運転時或いは減速時にある旨の判定がなされたときには、上記最大リフト量及び作動角の調節範囲における最小限度値が増大されるにあたって、この最小限度値の単位時間あたりの変更量が加速時よりも小さい状態で徐変されるように設定される（ステップＳ２１０）。即ちこのステップＳ２１０においては、上記最小限度値が、予め設定された目標値に向けて、加速時よりもゆっくりとしたペースで徐々に増大（漸増）される。

他方、ステップＳ２００での判定結果がＮＯであるとされたときには、加速時にあるものと判断され、上記最小限度値が増大されるにあたって、その単位時間あたりの変更量が上記定常運転時及び減速時よりも大きい状態で徐変されるように設定される（ステップＳ２２０）。即ちこのステップＳ２２０においては、上記最小限度値が、上記予め設定された目標値に向けて、上記定常運転時及び減速時よりも速いペースで徐々に増大（漸増）される。

ここで、上記のように最小限度値の漸増のペースに違いを設けたのは、以下の理由からである。即ち、上記最小限度値を増大する際には、これにより上記最大リフト量や作動角が増大されてしまう場合に、それに併せてスロットルバルブ１８の開度を小さくすることで、上記最小限度値の増大に伴う吸入空気量の増加を回避することができる。このとき、上記最小限度値の単位時間あたりの変更量が大きいと、仮に上記最小限度値の増大変更に併せてスロットルバルブ１８の開度を瞬時に小さくしたとしても、吸気通路３における空気の流動遅れ（流量低下の遅れ）によって、各気筒１１内に吸入される空気の量が一時的に増加し、トルク変動が発生する懸念がある。

また、定常運転時や減速時には、上記最大リフト量や作動角がその調節範囲において相対的に小さくされがちであることから、こうしたトルク変動が生じ易くなるとともにそれによる影響の度合が大きくなる虞がある。

上記のように定常運転時或いは減速時において上記漸増のペースをゆっくりとしたのは、正にこの点に着目してのことである。即ち、上記流動遅れが生じたとしても、上記のように最小限度値の漸増のペースがゆっくりとされることにより、各気筒１１内に吸入される空気の量はゆっくりと増加するに留まる。その結果、上記トルク変動が生じ難くなる。

一方、加速時には、要求吸入空気量が増大されて上記最大リフト量及び作動角の増大が図られることから、上記単位時間あたりの変更量が大きい状態で最小限度値が増大されても、これによるトルク変動等の悪影響は生じ難い。

なお、本制限変更制御において上記最小限度値を増大させる際のその目標値に関しては、上記ばらつきの大きさに応じてこれを可変設定するようにしてもよく、こうした可変設定を行うことなく固定値として設定するようにしてもよい。上記可変設定する場合には、例えば、上記ばらつきが大きいほど目標値が大きく（高く）なるようにする。

次に、電子制御装置５０を通じた上述の制御の態様について、その一例を、図９のタイミングチャートを参照して説明する。なお、本実施形態においては、吸気バルブ２の最大リフト量と作動角とが相関関係を有しながら同期して変化するものであることから、同図では、これらのうち、最大リフト量に関する上記最小限度値が上記制限変更制御における制御対象とされる例を示すとともに、上記最大リフト量の推移を代表して示すこととする。

同図に示すように、上記アイドル運転状態が所定時間（タイミングｔ１からタイミングｔ２までの時間）継続されたとき電子制御装置５０により吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角について各気筒１１間にばらつきがあると判定されると、上記ばらつき有無フラグがオンに設定されて上記最小限度値の増大が開始される。このとき、同図の例ではこの開始時点（タイミングｔ２）がアイドル運転時にある（即ち定常運転時にあるとされる）ことから、上記最小限度値はその単位時間あたりの変更量の小さい状態で漸増される。なお、同図においては、アイドル運転時の機関回転速度をアイドル回転速度Ｎｉとして示すこととする。

この例では、上記増大が開始される前の上記最小限度値の大きさ（未増大値Ｒｍｉｎ）が、アイドル運転時の上記最大リフト量の大きさ（アイドル最大リフト量Ｌｉ）よりもやや小さく（低く）設定されている。そのため、上記最大リフト量は、上記最小限度値の増大開始から少し遅れて、即ち上記最小限度値の大きさが上記アイドル最大リフト量Ｌｉに至ってから増加し始めるとともに、増大開始後は上記最小限度値と同じ大きさで漸増する（タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間）。

この最大リフト量の増大が開始されるタイミングｔ３においては、吸入空気量を一定に維持すべく、スロットルバルブ１８の開度の減少が開始される。上記したようにタイミングｔ３からタイミングｔ４までの間においては上記最大リフト量が上記最小限度値と同じ大きさでゆっくりと漸増するため、スロットルバルブ１８の開度を減少させたときの上記「吸気通路３における空気の流動遅れ」による影響は極力抑えられる。

そして、タイミングｔ４においてアクセルペダルの踏み込み（加速操作）により加速が開始されると、上記最小限度値の単位時間あたりの変更量は定常運転時（タイミングｔ１からタイミングｔ４までの間）のそれよりも大きなものに変更される（タイミングｔ４からタイミングｔ５までの間）。そして上記最小限度値がその漸増によって目標値Ｒｔに至ると、その後は上記ばらつき有無フラグがオフに設定されるまで上記最小限度値の大きさが同目標値Ｒｔに維持される（タイミングｔ５からタイミングｔ８までの間）。

なお、本例では、この加速操作に基づく要求吸入空気量の増大に応じて上記最大リフト量を迅速に増大すべく、その単位時間あたりの変更量を、上記加速時における最小限度値の漸増のそれよりも更に大きなものとしている。そのため、こうした加速時には、上記最大リフト量が上記最小限度値よりも大きくなることから、上記最小限度値の増大が上記最大リフト量の推移に与える影響はほとんど皆無となっている。

また、例えばアクセルペダル踏み込み量の減少（減速操作）等に応じて上記最大リフト量が減少されても、上記ばらつき有無フラグがオフ設定されるまでは上記最小限度値が目標値Ｒｔに維持されているため、上記最大リフト量はその大きさが上記目標値Ｒｔを下回ることがない（タイミングｔ６からタイミングｔ８までの間）。このとき、上記目標値Ｒｔに対応する吸入空気量よりも要求吸入空気量が少ない場合、上記スロットルバルブ１８の開度調節を通じて上記要求吸入空気量に向けた実吸入空気量の低減が図られることとなる。

ところで、本例では上記減速操作により機関回転速度がアイドル回転速度Ｎｉにまで低下されている（タイミングｔ７）。そしてこの時点から上記アイドル運転状態が所定時間（タイミングｔ７からタイミングｔ８までの時間）継続されたとき上記「ばらつき無し」と判定されることで、上記ばらつき有無フラグがオフに設定されて上記最小限度値の減少（漸減）が開始されている（タイミングｔ８）。このとき、タイミングｔ７からタイミングｔ９までの間においては機関回転速度がアイドル回転速度Ｎｉにあることから、上記最大リフト量はアイドル最大リフト量Ｌｉに近接するように、上記最小限度値の漸減に伴って該最小限度値と同じ大きさで漸減する。

そして図に示すようにタイミングｔ９から加速が開始されても、上記ばらつき有無フラグがオフに設定されていることから上記最小限度値は増大されず未増大値Ｒｍｉｎに戻される。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
（１）吸気バルブ２の最大リフト量や作動角は各気筒１１の吸入空気量に相関することから、そのばらつきが内燃機関１０のトルク特性等に与える悪影響は、これら最大リフト量や作動角が小さいときほど大きなものとなる傾向にある。本実施形態では、上記ばらつきが検出されたとき吸気バルブ２の最大リフト量（ひいては作動角）の調節範囲の最小限度値が増大される（引き上げられる）。即ち、上記調節範囲がその最小限度側において狭められることから、上記最大リフト量（作動角）の最小値がより大きなものとなる。従って、上記ばらつきが内燃機関１０のトルク特性等に与える悪影響を、より小さくすることが可能となる。

（２）本実施形態では、吸気バルブ可変機構２０による上記最大リフト量及び作動角の調節を通じた吸入空気量の調節と併せて、吸気通路３に設けられたスロットルバルブ１８の開度調節を通じた吸入空気量の調節が行われる。これによれば、例えば、上記調節範囲の最小限度値の増大に応じて吸気バルブ２の最大リフト量や作動角が増大した場合に、この増大に伴う吸入空気量の増加を、スロットルバルブ１８の開度を小さくすることにより回避することができるようになる。従って、このように上記最小限度値を増大した場合であれ、吸入空気量を一定に維持することが可能になる。

（３）本実施形態において電子制御装置５０は、上記最小限度値を増大させるにあたって、上記定常運転時及び減速時においては、上記最小限度値の単位時間あたりの変更量が加速時よりも小さくなるように上記最小限度値を徐変する。従って、スロットルバルブ１８の開度を変更した際に上記流動遅れが生じたとしても、定常運転時や減速時においては上記最小限度値がその単位時間あたりの変更量の小さい状態で徐変されるため、各気筒１１内に吸入される空気の量はゆっくりと増加されるに留まる。その結果、上記トルク変動が生じ難くなる。

一方、加速時には、要求吸入空気量が増大されて上記最大リフト量及び作動角の増大が図られることから、上記単位時間あたりの変更量が大きい状態で最小限度値が増大されても、これによるトルク変動等の悪影響は生じ難い。

また本実施形態では、上記加速時において、単位時間あたりの変更量を大きくした状態で上記最小限度値を徐々に増大（漸増）させるようにした。よって、例えば、こうした漸増を行うことなく上記最小限度値を瞬時に未増大値Ｒｍｉｎから目標値Ｒｔに切り換えた場合と比較して、上記最小限度値は、上記要求吸入空気量に応じた上記最大リフト量の大きさを上回り難くなる。従って、トルク変動等の悪影響が加速時においても小さくなる。

なお、実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば、以下の様態としてもよい。
・上記実施形態では、共通の電動アクチュエータ３０、及び共通のコントロールシャフト２７を介して全ての吸気バルブ可変機構２０を駆動したが、これに限らず、例えば、これら電動アクチュエータ３０及び吸気バルブ可変機構２０を複数設けてもよい。即ちこの場合には、電動アクチュエータ３０及びコントロールシャフト２７について、全ての吸気バルブ可変機構２０のうちの一部を駆動するためのものと他部を駆動するためのものとを別々に設ける。更には、各吸気バルブ可変機構２０毎に個別に電動アクチュエータ３０及びコントロールシャフト２７を設けてそれぞれ独立して駆動するようにしてもよい。

・上記実施形態では、コントロールシャフト２７の軸方向の変位により各吸気バルブ可変機構２０を駆動したが、これに限らず、例えば回転方向への変位によるもの等、これら各機構２０を駆動可能であればどのようなものでもよい。

・上記実施形態では、アイドル運転時であることを条件に上記ばらつきの有無を判定したが、これに限定されず、例えば、アイドル運転時の機関回転速度よりも高い回転速度での定常運転時であることを条件としてもよい。要は、好適に上記判定を行える状態にあることを条件とするのが望ましい。なお、こうした条件は必ずしも設けられる必要はない。

・本実施形態では、内燃機関の出力トルクに変動が生じたことを、クランクシャフト１５の回転速度の変動に基づき把握するようにしたが、例えば、内燃機関１０の出力トルクについては、トルクセンサにて実測してもよいし、燃焼圧センサにて検出された燃焼圧に基づく平均有効圧により算出してもよい。

・上記実施形態では、吸気バルブ可変機構２０の駆動に基づき、吸気バルブ２の最大リフト量と作動角とが相関関係を有しながら同期して変化し得るようになっている。こうした態様においては、上記制限変更制御におけるその制御対象として、上記実施形態のように上記最大リフト量を採用することに代えて上記作動角を採用してもよい。

・上記実施形態では、吸気バルブ２の最大リフト量及び作動角の双方が可変とされたが、それらのうちの一方のみが可変とされる態様において本発明を適用してもよい。
・例えば気筒数を上記とは異なるものとする等、内燃機関１０の構成について適宜変更してもよい。

一実施形態の内燃機関の制御装置を示す概略平面図。 内燃機関の吸排気系を示す構成図。 （ａ）は吸気バルブ可変機構を示す斜視図、（ｂ）は支持パイプ及びコントロールシャフトについてその一部分を示す図。 （ａ），（ｂ）は吸気バルブ可変機構による吸気バルブの駆動状態を説明するための図。 （ａ），（ｂ）は吸気バルブ可変機構による吸気バルブの駆動状態を説明するための図。 吸気バルブのリフト量と作動角との関係を示す図。 制限変更制御を実行するにあたっての前処理の手順を示すフローチャート。 制限変更制御についての処理手順を示すフローチャート。 制御装置による制御態様の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

２…吸気バルブ、３…吸気通路、１０…内燃機関、１１…気筒、１８…スロットルバルブ、２０…吸気バルブ可変機構、２７…コントロールシャフト、５０…検出手段及び制限変更手段を構成する電子制御装置。

Claims (2)

1. 多気筒内燃機関の各気筒に設けられた吸気バルブ可変機構を駆動して吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方を調節するとともに吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を調節することで吸入空気量の調節を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方について前記各気筒間のばらつきを検出する検出手段と、
   前記検出手段によって前記ばらつきが検出されたとき、そうでないときに比して前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角の少なくとも一方についての最小限度値を増大させる制限変更手段とを備え、
   前記制限変更手段は、前記最小限度値を増大させるにあたって、前記最小限度値の単位時間あたりの変更量が当該内燃機関における加速時にそれ以外の時に比して大となるように該単位時間あたりの変更量を設定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記各吸気バルブ可変機構は、これら各吸気バルブ可変機構に掛け渡されたコントロールシャフトを介して駆動される
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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