JP2010024963A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、回転数制御の応答性を高めつつ、バルブリフト量の制御を利用して点火時期の遅角を可能な限り抑制することを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０は、吸気バルブ３２のリフト量及び作用角を変化させてアイドル回転数を制御するバルブリフト量計算部８０と、トルクリザーブ制御を行う計算要素６０〜７６とを備える。目標効率補正部８４は、バルブ作用角の設定領域のうちトルクの応答性が高い領域でリザーブトルクを小さくし、点火時期の遅角量を抑制する。また、トルクの応答性が低い領域では、リザーブトルクを通常通り確保する。これにより、リザーブトルクが小さくてもよい状況下において、過剰なリザーブトルクを確保するために点火時期が余分に遅角されるのを回避することができる。従って、機関効率や燃費性能を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に好適に用いられる制御装置に関し、特に、吸気バルブのリフト量可変機構によりアイドル回転数制御を行う構成とした内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−８５２１１号公報）に開示されているように、吸気バルブのリフト量を変化させることにより、アイドル運転中の機関回転数（アイドル回転数）を制御する構成とした内燃機関の制御装置が知られている。この構成によれば、内燃機関の燃焼室に対してスロットルバルブよりも近い位置で吸入空気量を制御することができ、これにより制御の応答性を向上させることができる。

また、他の従来技術として、特許文献２（特開２００６−１３８３００号公報）に開示されているように、所謂トルクリザーブ制御を行う制御装置が知られている。トルクリザーブ制御では、内燃機関のトルクを制御するときに、要求トルクに対して予め余裕値（リザーブトルク）を加算しておく。そして、加算後の最終トルクに応じてスロットルバルブの開度を設定しつつ、この設定により過剰となる分のトルクを点火時期の遅角によって相殺する。

従って、トルクリザーブ制御によれば、トルクの増大要求が急に生じた場合には、点火時期の進角により対応することができる。このため、スロットル開度を大きくしてトルクを増大させる制御と比較して、制御の応答性を向上させることができる。

また、特許文献２の従来技術では、アイドル運転中にトルクリザーブ制御を実施する構成としている。これにより、アイドル運転中には、点火時期を遅角側に保持することができるので、負荷入力等によりアイドル回転数が急に低下した場合でも、点火時期の進角により回転数を速やかに上昇させることができる。

特開２００７−８５２１１号公報 特開２００６−１３８３００号公報

ところで、上述した従来技術では、吸気バルブのリフト量に応じてアイドル回転数を制御しつつ、トルクリザーブ制御を実施し、アイドル回転数制御の応答性を可能な限り高めたいという要求がある。しかしながら、トルクリザーブ制御では、最も効率が良い点火時期（ＭＢＴ：Minimum spark advance for Best Torque）に対して、実際の点火時期を遅角させることになる。

このため、従来技術では、単に吸気バルブのリフト量制御とトルクリザーブ制御とを組合わせるだけでは、回転数制御の応答性を改善できたとしても、点火時期の遅角により機関効率が低下し、燃費性能が悪化するという問題がある。また、この問題は、アイドル回転数制御やトルクリザーブ制御だけに限るものではなく、吸気バルブのリフト量制御と点火時期制御とを一緒に行う制御であれば、他の制御にも生じ得る問題である。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、回転数制御の応答性を高めつつ、バルブリフト量の制御を利用して点火時期の遅角を可能な限り抑制することができ、機関効率や燃費を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、内燃機関の吸気バルブのリフト量を変化させるリフト量可変機構と、
前記リフト量可変機構を駆動し、少なくとも機関回転数に応じて前記吸気バルブのリフト量を制御するリフト量制御手段と、
トルクが必要なときに点火時期を進角させてトルクを増大するために、予め点火時期を遅角させておく点火時期遅角手段と、
前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を前記吸気バルブのリフト量に応じて抑制する遅角抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明によると、前記第１の発明において、
前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいほど、点火時期の遅角量を抑制する構成としている。

第３の発明によると、前記第１の発明において、
前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量の変化速度が速いほど、点火時期の遅角量を抑制する構成としている。

第４の発明によると、前記第１の発明において、
前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいほど、点火時期の遅角量を抑制する第１の遅角抑制手段と、前記吸気バルブのリフト量の変化速度が速いほど、点火時期の遅角量を抑制する第２の遅角抑制手段とにより構成している。

第５の発明は、前記第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
内燃機関が出力すべき要求トルクに対して、リザーブトルクを付加する分だけ吸入空気量を増大させ、かつ前記点火時期遅角手段により前記リザーブトルクの量に応じて点火時期を遅角させるトルクリザーブ手段を備え、
前記遅角抑制手段は、前記リザーブトルクの量を変化させることにより点火時期の遅角量を制御する構成としている。

第６の発明によると、前記第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記リフト量制御手段は、アイドル運転中の機関回転数を目標アイドル回転数と一致させるために前記吸気バルブのリフト量を変化させるアイドル回転数制御を行う構成とし、
前記遅角抑制手段は、前記アイドル回転数制御中に前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を抑制する構成としている。

第１の発明によれば、点火時期遅角手段は、トルクが必要なときに点火時期を進角させてトルクを増大するために、予め点火時期を遅角させておくことができる。一方、遅角抑制手段によれば、バルブリフト量の変化に対するトルクの応答性が高い運転状態では、この高い応答性を利用して点火時期が必要以上に遅角されるのを回避することができる。これにより、内燃機関の運転状態を安定的に制御しつつ、点火時期の遅角量を可能な限り抑制することができ、機関効率や燃費性能を向上させることができる。

第２の発明によれば、遅角抑制手段は、吸気バルブのリフト量が小さいほど、点火時期の遅角量を抑制することができる。何故なら、吸気バルブのリフト量（作用角）が小さくなるにつれて、リフト量の変化に対するトルクの応答性は高くなる。従って、リフト量が小さい場合には、点火時期を進角させることで制御の応答性を確保しなくても、リフト量を変化させることにより安定的な制御を行うことができる。つまり、点火時期を予め遅角しなくてもよいので、その遅角量を抑制することができる。

第３の発明によれば、遅角抑制手段は、リフト量可変機構の動作速度（リフト量の変化速度）が速いほど、点火時期の遅角量を抑制することができる。何故なら、リフト量可変機構の動作速度が速くなるにつれて、リフト量の変化に対するトルクの応答性は高くなる。従って、リフト量可変機構の動作速度が速い場合には、点火時期を進角させることで制御の応答性を確保しなくても、リフト量を変化させることにより安定的な制御を行うことができる。

第４の発明によれば、第１，第２の遅角抑制手段は、吸気バルブのリフト量とリフト量可変機構の動作速度とに応じて点火時期の遅角量を最低限に抑制することができる。これにより、機関効率や燃費性能を最大限に高めることができる。

第５の発明によれば、トルクリザーブ手段は、リザーブトルクを付加する分だけ吸入空気量を増大させつつ、リザーブトルクの量に応じて予め点火時期を遅角させておくことができる。これにより、外乱等に対しては、点火時期を進角させることによりトルクを速やかに増大させることができ、制御の応答性を高めることができる。一方、遅角抑制手段は、吸気バルブのリフト量に応じてリザーブトルクの量を減少させることができ、これにより点火時期の遅角量を抑制することができる。

第６の発明によれば、点火時期遅角手段は、負荷入力等により機関回転数が目標アイドル回転数から低下したときに備えて、予め点火時期を遅角させておくことができる。これにより、外乱等に対しては、点火時期を進角させることにより回転数を速やかに増大させることができ、アイドル回転数制御を安定的に行うことができる。そして、遅角抑制手段は、バルブリフト量を用いたアイドル回転数制御の高い応答性を利用して、点火時期の遅角量を可能な限り抑制することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図８を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、多気筒型の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の筒内には、ピストン１２が設けられている。また、内燃機関１０の筒内には、ピストン１２の頂部側に燃焼室１４が形成されている。燃焼室１４には、吸気通路１６および排気通路１８が連通している。

吸気通路１６の入口近傍には、吸気通路１６に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアフローメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２は、アクセル開度などに基づいてスロットルモータ２４により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットル開度センサ２６が配置されている。

スロットルバルブ２２の下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁２８が配置されている。また、内燃機関の各気筒には、燃焼室１４内の混合気に点火を行う点火プラグ３０がそれぞれ設けられている。吸気ポートには、燃焼室１４に対して吸気通路１６を開，閉する吸気バルブ３２が設けられている。排気ポートには、燃焼室１４に対して排気通路１８を開，閉する排気バルブ３４が設けられている。

吸気バルブ３２は、内燃機関の動力によりリフト量可変機構３６を介して開，閉駆動される。リフト量可変機構３６は、後述のＥＣＵ５０から入力される制御信号に基いて、吸気バルブ３２のリフト量及び作用角を可変に設定するものである。本実施の形態のリフト量可変機構３６は、例えば特開２００１−２６３０１５号公報に記載されているような公知の構成を有している。また、リフト量可変機構３６は、吸気バルブ３２のリフト量を増大させるにつれて、バルブの作用角も増大する構成となっている。なお、本発明のリフト量可変機構は、前記公報に記載された構成に限定されるものではない。

内燃機関１０は、前述したエアフロメータ２０とスロットル開度センサ２６に加えて、クランク角センサ３８、リフト量センサ４０、空燃比センサ４２、水温センサ４４、アクセル開度センサ４６等を含むセンサ系統を備えている。クランク角センサ３８は、クランク軸の回転に応じてパルス状の信号を出力するクランク角センサ３８を備えている。クランク角センサ３８の出力によれば、クランク軸の回転角やその回転速度（機関回転数）を検出することができる。

リフト量センサ４０は、リフト量可変機構３６により設定された吸気バルブ３２のリフト量及び作用角を検出するものである。また、空燃比センサ４２は内燃機関の排気空燃比を検出し、水温センサ４４は内燃機関の冷却水温度を検出する。また、アクセル開度センサ４６は、アクセル開度を検出するものである。

さらに、本実施の形態のシステムは、内燃機関１０を運転制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前記センサ系統が接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルモータ２４、燃料噴射弁２８、点火プラグ３０、リフト量可変機構３６のアクチュエータ等が接続されている。ＥＣＵ５０は、前記センサ系統の出力に応じて個々のアクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。この運転制御は、次に述べるトルクリザーブ制御と、アイドル回転数制御とを含んでいる。

［トルクリザーブ制御］
図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ５０により実行されるトルクリザーブ制御とアイドル回転数制御の構成を示すブロック図である。この図に示すように、本実施の形態のトルクリザーブ制御は、複数の計算要素６０，６２，６４，６６，６８，７０，７４，７６，８４を備えている。これらの計算要素６０〜８４は、ＥＣＵ５０により実行される演算処理を機能毎にブロック化したものである。

また、本実施の形態のシステムは、スロットルモータ２４によりスロットルバルブ２２の開度を制御するスロットルドライバ７２と、点火プラグ３０の動作を制御する点火装置ドライバ７８と、リフト量可変機構３６により吸気バルブ３２のリフト量及び作用角を制御する動弁装置ドライバ８２とを備えている。

そして、ＥＣＵ５０は、入力情報に基いて各計算要素６０〜８４により所定の計算処理を行い、各アクチュエータへの動作指示値である目標スロットル開度、目標点火時期および目標リフト量を算出する。そして、これらの動作指示値をドライバ７２，７８，８２にセットし、ドライバ７２，７８，８２を介して各アクチュエータの動作を制御する。

上述した入力情報には、制御系統の上位に設けられたパワートレインマネージャ（図示せず）からの種々の要求と、センサ系統から入力される情報とが含まれている。パワートレインマネージャからの要求とは、内燃機関のトルクに関する要求と内燃機関の効率に関する要求であり、それぞれ数値で入力される。要求トルクには、運転者が要求しているトルクの他、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control system）やＴＲＣ（Traction Control System）等の車両制御に必要なトルクも含まれる。

要求効率は、トルクに変換可能な熱エネルギのトルクへの変換効率という意味を有しており、点火時期がＭＢＴのときを基準にして設定される無次元パラメータである。触媒暖機のために熱エネルギを排気ガスの昇温に利用したい場合等には、要求効率は基準値の１よりも小さい値とされる。また、点火時期の進角によってトルクアップを図りたい場合にも、予めリザーブトルクを確保しておくために要求効率は基準値の１よりも小さい値とされる。一方、センサ系統から入力される運転状態情報には、機関回転数、エアフローメータ２０の出力値、スロットル開度センサ２６の出力値、点火時期の設定値、Ａ／Ｆの設定値、冷却水温度、吸入空気温度、吸気バルブ３２のリフト量等が含まれている。

以下、各計算要素６０〜７６の機能と、信号処理の流れについて説明する。まず、パワートレインマネージャから供給される要求トルクは、目標トルク計算部６０に入力される。目標トルク計算部６０は、入力された要求トルクをベースにして内燃機関の目標トルクを計算する。目標トルクの計算では、要求トルクに制振トルクを加算する等の処理が行なわれる。計算された目標トルクは、後述の目標トルク補正部６６とトルク効率計算部７４にそれぞれ出力される。

パワートレインマネージャから供給される要求効率は、目標効率計算部６２に入力される。目標効率計算部６２は、入力された要求効率に基づいて目標効率を計算する。具体的には、入力されている要求効率が１種類であれば、それを目標効率として算出する。一方、複数の要求効率が同時に入力されている場合、例えば、触媒暖機の観点からの要求効率と、リザーブトルク確保のための要求効率とが入力されている場合には、最小値選択等の手段により両者を調整したものを目標効率ηとして算出する。この目標効率ηは、０〜１の範囲で変化する無次元の変数である。そして、計算された目標効率ηは、後述の目標効率補正部８４により補正され、補正目標効率η′となる。この補正目標効率η′は、目標トルク補正部６６に出力される。

推定トルク計算部６４は、運転状態情報から内燃機関のトルクを推定計算する。より詳しくは、まず、現在の空気量条件における見込み空気量を吸気系のエアモデルを用いて計算する。空気量条件には、スロットル開度センサ２６の出力値、エアフローメータ２０の出力値、吸気バルブ３２のリフト量、吸入空気温度等が含まれている。次に、エアモデルで計算した見込み空気量をトルクマップに照合し、トルクマップを用いて見込み空気量をトルクに変換する。

トルクマップは、見込み空気量を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクに影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴとされている。推定トルク計算部６４は、見込み空気量から変換されたトルクを内燃機関の推定トルクとし、それを後述のトルク効率計算部７４に出力する。

目標トルク補正部６６には、目標トルクと目標効率とが入力される。目標トルク補正部６６は目標トルクを目標効率で除算して補正し、この補正目標トルクを目標空気量計算部６８に出力する。目標効率が通常値である１の場合には、目標トルク計算部６０で計算された目標トルクがそのまま目標空気量計算部６８に出力される。一方、目標効率が１よりも小さい場合には、目標効率による除算によって目標トルクは嵩上げされ、嵩上げされた補正目標トルクが目標空気量計算部６８に出力される。

目標空気量計算部６８は、空気量マップを用いて補正目標トルクを空気量に変換する。空気量マップは、補正目標トルクを含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、点火時期、機関回転数、Ａ／Ｆ、バルブタイミング等、トルクに影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。ただし、点火時期はＭＢＴ若しくは基準点火時期とされている。目標空気量計算部６８は、補正目標トルクから変換された空気量を内燃機関の目標空気量とし、この目標空気量をスロットル開度計算部７０に出力する。

スロットル開度計算部７０は、吸気系エアモデルの逆モデルを用いて目標空気量をスロットル開度に変換する。即ち、目標空気量を実現可能なスロットル開度を計算する。逆モデルでは、エアフローメータ２０の出力値、吸気バルブ３２のリフト量、吸入空気温度等、スロットル開度に影響する運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには、現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。スロットル開度計算部７０は、目標空気量から変換されたスロットル開度をスロットルの目標開度とし、それをスロットルドライバ７２にセットする。スロットルドライバ７２は、この目標開度を実現するようにスロットルバルブ２２の開度を制御する。

一方、トルク効率計算部７４には、目標トルクと推定トルクとが入力される。トルク効率計算部７４は目標トルクと推定トルクとの比を計算し、その計算結果をトルク効率として算出する。空気量が変化している過渡状態では、空気量に応じて推定トルクが変化することで、トルク効率もそれに応じて変化する。しかし、空気量が一定となった定常状態では、推定トルクは補正目標トルクに一致する結果、トルク効率は前述の目標効率に一致するようになる。トルク効率計算部７４は、算出したトルク効率を点火時期計算部７６に出力する。

点火時期計算部７６は、まず、トルク効率からＭＢＴに対する遅角量を計算する。遅角量の計算には、点火時期マップが用いられる。点火時期マップは、トルク効率を含む複数のパラメータを軸とする多次元マップであって、機関回転数等、点火時期の決定に影響する各種の運転条件をパラメータとして設定することができる。これらのパラメータには現在の運転状態情報から得られる値（現在値）が入力される。

また、点火時期マップによれば、トルク効率が小さいほど、点火時期の遅角量は大きい値に設定される。そして、トルク効率から決定された遅角量と、内燃機関の運転状態から決まる基本点火時期とから目標点火時期を算出する。計算された目標点火時期は、点火時期計算部７６から点火装置ドライバ７８にセットされる。点火装置ドライバ７８は、目標点火時期に従って点火装置を制御する。

上述したトルクリザーブ制御によれば、目標効率が１よりも小さい場合には、目標トルクと比較して補正目標トルクが嵩上げされることになり、その分だけスロットル開度（吸入空気量）が増大する。この場合、目標効率と１との差分、即ち、目標トルクに対する補正目標トルクの嵩上げ量は、トルクアップ動作を迅速に行うために余分に確保されるトルクであり、所謂「リザーブトルク」に相当している。

即ち、トルクリザーブ制御では、トルクアップ動作に高い応答性が要求される状況下において、予め要求トルクに対してリザーブトルクを付加しておく。この状態では、リザーブトルクの分だけトルクが増大することになる。このため、とりあえずトルクアップ動作が不要なときには、リザーブトルクの量に応じて点火時期を遅角させた状態に保持し、トルクの増大分を点火時期の遅角により相殺する。従って、リザーブトルクと点火時期の関係においては、リザーブトルクが大きくなるほど、点火時期の遅角量が増大することになる。

一方、リザーブトルクを確保した状態において、トルクアップ動作が必要になったときには、遅角しておいた点火時期を進角させる。これにより、吸入空気量を増やしてトルクを増大させる場合と比較して、トルクアップ動作を迅速に行うことができ、高い応答性を実現することができる。つまり、トルクリザーブ制御では、トルクが必要なときに点火時期を進角させてトルクを応答性よく増大させるために、予め点火時期を遅角させておく。

［アイドル回転数制御］
次に、内燃機関のアイドル運転中に、トルクリザーブ制御と並行して行われるアイドル回転数制御について説明する。本実施の形態のアイドル回転数制御は、図２に示すように、バルブリフト量計算部８０と、前述した動弁装置ドライバ８２とを備えている。そして、アイドル回転数制御では、例えばアイドル運転中の実回転数と目標アイドル回転数との回転数差に応じて、吸気バルブ３２のリフト量を制御する。

バルブリフト量計算部８０は、運転状態情報に基いて吸気バルブ３２の目標リフト量（目標作用角）を適切な値に設定するものである。この設定処理には、複数のパラメータを軸とする多次元マップとして予め作成されたリフト量マップが用いられる。この場合、リフト量マップのパラメータには、例えば実回転数と目標アイドル回転数との回転数差、負荷率、冷却水温等が含まれている。また、前記パラメータには、エアコン、オルタネータ等の作動状態を検出する負荷スイッチを含む構成としてもよい。

そして、バルブリフト量計算部８０は、これらのパラメータに応じてリフト量マップを参照し、目標リフト量を決定する。そして、決定した目標リフト量を動弁装置ドライバ８２にセットする。動弁装置ドライバ８２は、この目標リフト量を実現するようにリフト量可変機構３６を制御する。なお、アイドル回転数制御中において、スロットルバルブ２２は、トルクリザーブ制御により所定の開度に保持される。このときのスロットル開度は、パワートレインマネージャから出力されるアイドル運転用の要求トルク、要求効率等に応じて設定される。

上述したアイドル回転数制御によれば、アイドル運転中には、目標アイドル回転数に対して機関回転数が上昇または低下すると、この状態が両者の回転数差や負荷スイッチのＯＮ／ＯＦＦとして検出される。そして、前記回転数差や内燃機関の負荷状態、暖機状態等に応じて吸気バルブ３２の目標リフト量が設定される。この結果、リフト量可変機構３６により実際のリフト量が変更され、燃焼室１４内への吸入空気量（即ち、トルク）がリフト量に応じて変化する。これにより、機関回転数は、目標アイドル回転数と一致するようにフィードバック制御される。

この場合、吸入空気量は、吸気バルブ３２により燃焼室１４の近傍で増減されるので、スロットルバルブ２２による制御と比較してアイドル回転数制御の応答性を高めることができる。よって、アイドル回転数制御とトルクリザーブ制御とを組合わせれば、トルクアップ動作の応答性を大幅に高めることができる。即ち、アイドル回転数が急に低下した場合でも、トルクを即座に増大させ、回転数の落込みを最低限に抑えることができる。

ところで、トルクリザーブ制御により点火時期を遅角させると、その分だけ機関効率や燃費性能は低下することになる。このため、アイドル運転中には、トルクアップ動作の応答性を確保しつつ、リザーブトルクを可能な限り小さくするのが好ましい。そこで、本実施の形態では、バルブリフト量（作用角）とトルク応答性との関係に着目し、図２中の目標効率補正部８４において、以下に述べる遅角抑制制御を実施する。

［遅角抑制制御］
目標効率補正部８４には、目標効率計算部６２から目標効率ηが入力され、バルブリフト量計算部８０から吸気バルブ３２の作用角情報が入力される。目標効率補正部８４は、これらのパラメータを用いて後述の二次元マップを参照することにより、第１の補正目標効率η1と、第２の補正目標効率η2とを算出する。そして、２つの補正目標効率η1，η2を乗算することにより、最終的な補正目標効率η′（＝η1×η2）を算出し、これを目標トルク補正部６６に出力する。このため、最終的な補正目標効率η′には、２つの補正目標効率η1，η2の特性が反映されている。なお、補正目標効率η，η′，η1，η2は、それぞれ０〜１の範囲で変化する無次元変数である。

図３は、吸気バルブの作用角と、第１の補正目標効率との関係を示す特性線図である。この特性線図は、補正前の目標効率ηと吸気バルブ３２の作用角とをパラメータとして、第１の補正目標効率η1を求めるための二次元マップとなっている。この二次元マップにおいて、個々の目標効率ηに対応する特性線は、当該目標効率におけるバルブ作用角と負荷率との関係（後述の図４）に基いて決定されている。

また、個々の特性線は、バルブの作用角が小さいほど、補正目標効率η1が１に向けて増大する（即ち、リザーブトルクが減少する）ように設定されている。以下、その理由について説明する。

図４は、吸気バルブの作用角と負荷率との関係を示す特性線図である。具体的には、吸気バルブ３２の作用角が１０６〜２６０（ＣＡ）の範囲で変化するときの負荷率（％）の状態を示している。なお、負荷率とは、トルクの大きさに対応するパラメータであり、機関回転数と吸入空気量とに応じて算出される。

図４に示すように、単位作用角当りの負荷率の変化量（特性線の勾配）は、作用角が大きくなるにつれて減少する。つまり、小作用角領域では、作用角（リフト量）を少し増大させただけでも、トルクが大きく増大するので、リフト量可変機構３６の動作に対するトルクの応答性は高いことが判る。

このため、小作用角領域では、リザーブトルクが小さくても、アイドル回転数の低下時にバルブ作用角を大きくすれば、トルクを速やかに増大させることができ、これにより回転数の落込みを抑制することができる。従って、小作用角領域では、補正目標効率η1（η′）を大きな値に設定し、リザーブトルクを減少させる。これにより、点火時期の遅角量を抑制することができるから、これをＭＢＴの近傍で制御することができ、機関効率や燃費性能を向上させることができる。

一方、大作用角領域では、作用角をある程度変化させても、負荷率の変化量が小さいので、リフト量可変機構３６の動作に対するトルクの応答性は低い。このため、大作用角領域では、補正目標効率η1（η′）を小作用角領域よりも小さな値に補正し、リザーブトルクを十分に確保する。これにより、アイドル回転数の低下時には、トルクリザーブ制御によりトルクを速やかに増大させ、回転数の落込みを抑制することができる。

次に、第２の補正目標効率η2について説明する。図５は、吸気バルブの作用角と、第２の補正目標効率との関係を示す特性線図である。この特性線図は、補正前の目標効率ηと吸気バルブ３２の作用角とをパラメータとして、第２の補正目標効率η2を求めるための二次元マップとなっている。この二次元マップにおいて、個々の目標効率ηに対応する特性線は、当該目標効率におけるバルブ作用角と作用角変化速度との関係（後述の図６）に基いて決定されている。

また、個々の特性線は、リフト量可変機構３６の動作速度（リフト量及び作用角の変化速度）が速いほど、補正目標効率η2が１に向けて増大し、その結果としてリザーブトルクが減少するように設定されている。具体的に述べると、補正目標効率η2は、吸気バルブの作用角が小作用角領域および大作用角領域であるときに増大し、中間の作用角領域では減少するような特性を有している。以下、その理由について説明する。

図６は、吸気バルブの作用角と作用角の変化速度との関係を示す特性線図である。具体的には、リフト量可変機構３６により吸気バルブ３２の作用角を変化させるときの動作速度を、１０６〜２６０（ＣＡ）の作用角範囲で計測したものである。図６に示すように、作用角の変化速度は、小作用角領域と大作用角領域において増大し、中間の作用角領域では減少する。

つまり、小作用角領域と大作用角領域では、リフト量可変機構３６の動作速度が速いので、これを作動させてからトルクが増大するまでの応答性が高い。よって、これらの作用角領域では、リザーブトルクが小さくても、バルブ作用角を高速で変化させることができ、トルクを速やかに増大させることができる。このため、小作用角領域と大作用角領域では、補正目標効率η2（η′）を大きな値に設定し、リザーブトルクを減少させる。これにより、点火時期の遅角量を抑制し、機関効率や燃費性能を向上させることができる。

一方、中間の作用角領域では、リフト量可変機構３６の動作速度が比較的遅いので、トルクの応答性は他の作用角領域よりも低くなる。従って、この作用角領域では、補正目標効率η2（η′）を他の作用角領域よりも小さな値に補正し、リザーブトルクを十分に確保する。これにより、アイドル回転数の低下時には、トルクリザーブ制御により回転数を速やかに上昇させることができる。

次に、図７及び図８を参照して、本実施の形態によるシステムの動作について説明する。最初に、図７は、吸気バルブの作用角が小さい状態でアイドル運転を行う場合のタイミングチャートである。この状態は、内燃機関の暖機後の状態などに相当している。暖機後のアイドル運転では、冷間アイドル運転時のように吸入空気量を増やす必要がないので、バルブ作用角は、例えば１６０（ＣＡ）程度の小さな値に設定されている。

そして、アイドル運転中には、アイドル回転数の急な低下に対応するために、トルクリザーブ制御が実施されており、補正目標効率η′は、１よりも小さい値に設定されている（図７中の時点Ａよりも左側）。しかし、この場合には、バルブ作用角が小さな値に設定されているので、遅角抑制制御によりリザーブトルクが小さい状態に制限されており、これに伴って点火時期の遅角量も抑制されている。

そして、時点Ａにおいて、負荷入力等により機関回転数が急に低下すると、ＥＣＵ５０により回転数の低下や負荷の作動が検出される。これにより、ＥＣＵ５０は、リフト量可変機構３６により吸気バルブ３２のリフト量を大きくし、トルクを増大させる（アイドル回転数制御）。また、トルクリザーブ制御においては、補正目標効率η′を１に変更することより点火時期を進角させ、実トルクをリザーブトルクの分だけ増大させる。この結果、実回転数の落込みは最低限に抑えられる。そして、図７中の時点Ｂにおいて、実回転数と目標アイドル回転数との回転数差が許容範囲内となった場合や、負荷入力が停止された場合には、バルブ作用角及びリザーブトルクの量が標準状態に戻される。

一方、図８は、吸気バルブの作用角が大きい状態でアイドル運転を行う場合のタイミングチャートである。この状態は、内燃機関の暖機前の状態などに相当している。冷間アイドル運転では、暖機後と比べて吸入空気量を増やす必要があるので、バルブ作用角は、例えば２５０（ＣＡ）程度の大きな値に設定されている。この図において、基本的な制御の動作は図７の場合と同様である。しかし、図８では、バルブ作用角が大きいので、リザーブトルクは、図７と比較して大きな値に設定されており、これに伴って点火時期が遅角されている。

このように、本実施の形態によれば、バルブリフト量を用いたアイドル回転数制御と、トルクリザーブ制御とを組合わせる構成としたことで、両者の相乗効果によりアイドル回転数制御の応答性を最大限に高めることができる。しかも、バルブリフト量を用いたアイドル回転数制御の応答性が高くなる運転状態では、この高い応答性を利用してリザーブトルクを節約することができる。これにより、必要以上のリザーブトルクを確保するために点火時期が余分に遅角されるのを回避することができ、点火時期の遅角量を可能な限り抑制することができる。従って、負荷入力等に対して安定性が高いアイドル回転数制御を実現しつつ、機関効率や燃費性能を向上させることができる。

なお、前記実施の形態では、図２中の点火時期計算部７６が点火時期遅角手段の具体例を示している。また、バルブリフト量計算部８０がリフト量制御手段の具体例を示し、計算要素６０，６２，６４，６６，６８，７０，７４はトルクリザーブ手段の具体例を示している。一方、図２中の目標効率補正部８４は、第１，第２の遅角抑制手段の具体例を示している。このうち、図３に示す二次元マップは第１の遅角抑制手段の具体例を示し、図５に示す二次元マップは、第２の遅角抑制手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、図３の二次元マップにより算出される第１の補正目標効率η1と、図５の二次元マップにより算出される第２の補正目標効率η2との乗算値を最終的な目標効率η′として用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の補正目標効率η2を使用せず、第１の補正目標効率η1をそのまま最終的な目標効率η′として算出する構成としてもよい。これと同様に、本発明は、第１の補正目標効率η1を使用せず、第２の補正目標効率η2をそのまま最終的な目標効率η′として算出する構成としてもよい。

また、実施の形態では、アイドル回転数制御とトルクリザーブ制御とを組合わせた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、トルクリザーブ制御以外の制御でも、点火時期を遅角させる制御であれば、各種の制御に適用することができる。さらに、本発明は、アイドル運転中の制御に限るものではなく、例えば非アイドル状態での通常運転時にも広く適用することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるトルクリザーブ制御とアイドル回転数制御の構成を示すブロック図である。 吸気バルブの作用角と、第１の補正目標効率との関係を示す特性線図である。 吸気バルブの作用角と負荷率との関係を示す特性線図である。 吸気バルブの作用角と、第２の補正目標効率との関係を示す特性線図である。 吸気バルブの作用角と作用角の変化速度との関係を示す特性線図である。 吸気バルブの作用角が小さい状態でアイドル運転を行う場合のタイミングチャートである。 吸気バルブの作用角が大きい状態でアイドル運転を行う場合のタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ ピストン
１４ 燃焼室
１６ 吸気通路
１８ 排気通路
２０ エアフローメータ
２２ スロットルバルブ
２４ スロットルモータ
２６ スロットル開度センサ
２８ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 排気バルブ
３６ リフト量可変機構
３８ クランク角センサ
４０ リフト量センサ
４２ 空燃比センサ
４４ 水温センサ
４６ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気バルブのリフト量を変化させるリフト量可変機構と、
   前記リフト量可変機構を駆動し、少なくとも機関回転数に応じて前記吸気バルブのリフト量を制御するリフト量制御手段と、
   トルクが必要なときに点火時期を進角させてトルクを増大するために、予め点火時期を遅角させておく点火時期遅角手段と、
   前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を前記吸気バルブのリフト量に応じて抑制する遅角抑制手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいほど、点火時期の遅角量を抑制する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量の変化速度が速いほど、点火時期の遅角量を抑制する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記遅角抑制手段は、前記吸気バルブのリフト量が小さいほど、点火時期の遅角量を抑制する第１の遅角抑制手段と、前記吸気バルブのリフト量の変化速度が速いほど、点火時期の遅角量を抑制する第２の遅角抑制手段とにより構成してなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関が出力すべき要求トルクに対して、リザーブトルクを付加する分だけ吸入空気量を増大させ、かつ前記点火時期遅角手段により前記リザーブトルクの量に応じて点火時期を遅角させるトルクリザーブ手段を備え、
   前記遅角抑制手段は、前記リザーブトルクの量を変化させることにより点火時期の遅角量を制御する構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記リフト量制御手段は、アイドル運転中の機関回転数を目標アイドル回転数と一致させるために前記吸気バルブのリフト量を変化させるアイドル回転数制御を行う構成とし、
   前記遅角抑制手段は、前記アイドル回転数制御中に前記点火時期遅角手段による点火時期の遅角量を抑制する構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

Images