JP4228785B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車や自動車等に搭載されるエンジンの制御装置に関し、特にカムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンに用いて好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンに備えられる動弁機構として、例えば特許文献１には、カムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることにより、吸気バルブや排気バルブのリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御する技術が開示されている。
【０００３】
かかるカムを特に吸気バルブに応用した場合、吸気バルブのリフト特性を無段連続的に変化させることにより吸入空気量の制御を行うことができるので、吸入通路の絞り弁を廃止して吸入抵抗を減らすことができ、エンジンの出力アップを図ることが可能である。
【０００４】
また、低負荷域で吸気バルブを早閉じするようにカムプロフィールを設定しておくことにより、吸気バルブが閉じた後に混合気が断熱膨張し、さらに断熱圧縮することになる。この膨張によって吸気温が下がり、点火直前の吸気温も早閉じしない場合より低くなり、これにより、ノッキングを防止し、一方で膨張比を高く維持することができ、膨張比を圧縮比より高くするミラーサイクル化により熱効率を向上させることができる。
【０００５】
また、リフト量そのものを小さくすれば機械損失も減らすことができ、燃費の面で有利である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−１８７８０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の動弁機構では、アクセル開度、エンジン回転数に応じてリフト量を決定し、カムのスライドを制御するようにしているが、その場合、例えばアクセル全閉状態にあるアイドリング状態に、条件によっては吸入空気量がばらついてしまい、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりするおそれがある。
【０００８】
また、単純に空気量を制御するためにカム位置をフィードバック制御しようとすると、カム位置の移動に遅れがあるため、かえってエンジン回転のハンチングを招くおそれがある。
【０００９】
すなわち、エンジンの温度上昇の状態が一般的な二次元カムのエンジンと異なり比較的低温となるため、排ガスの悪化防止や出力向上のためには温度管理が重要になる。
【００１０】
また、エンジンの全回転域にわたって制御する一般的なスロットルバルブ等を単純に省略したような吸気管を構成すると、特に少ない吸気量での混合気が充分に得られないこともあり得る。
【００１１】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、カムをスライドさせることによりバルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンにあって、主としてアイドリング状態でのエンジン回転の安定化を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの制御装置は、カムプロフィールが軸方向および周方向に連続的に変化するカムを電動モータによりカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト量、リフトタイミングおよび最大リフト時の位相を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、前記電動モータを制御してカムをスライドさせる制御手段と、エンジンがアイドリング状態か否かを判定するアイドル判定手段と、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、エンジンの冷却水温に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、オートマチックトランスミッションフルード温、吸気温の少なくともいずれかに応じて補正する目標カム位置算出手段とを備え、アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度を、非アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度よりも遅くすることでアイドリング状態におけるバルブリフト量、バルブタイミングおよび最大リフト時の位相の変化を緩慢にする点に特徴を有する。
【００１３】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があるとき、点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う点火時期調整手段を備え、上記点火時期調整手段による点火時期の進角調整或いは遅角調整に必要な進角量或いは遅角量が所定の限界量を超えている場合は、点火時期の進角調整或いは遅角調整を一切行わず、上記目標カム位置算出手段により算出されたアイドリング状態での目標カム位置を、バルブリフト量を増やす或いは減らすよう補正する目標カム位置補正手段を備えた点にある。
【００１６】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、自動二輪車のエンジンに利用されるものであり、上記アイドル判定手段は、アクセルが全閉状態である条件と、車速がゼロである、変速装置がニュートラル位置である、クラッチが切断されている、センタースタンドが使用中である、のうちいずれかが成立する条件とが共に成立したときにアイドリング状態であると判定する点にある。
【００１９】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態でないと判定された場合、上記目標カム位置算出手段は、アクセル開度に基づいて目標カム位置を決定する点にある。
【００２０】
また、本発明のエンジン制御装置の他の特徴とするところは、上記カムにおいて主カム面にアイドル時用カム面が付設されており、上記目標カム位置算出手段はアイドリング状態での目標カム位置を上記アイドル時用カム面の範囲で決定する点にある。
【００２１】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、アイドリング状態でのカム位置を、そのときのエンジンの温度条件に関連付けて記憶していく記憶手段を備えた点にある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明による好適な実施形態を説明する。本実施形態では、アイドリング時にエンジンの冷却水温に基づいて目標カム位置を求める例を説明する。なお、本発明によるエンジンの制御装置は、自動二輪車或いは自動車に搭載される各種のガソリンエンジンに対して有効に適用可能であり、本実施形態では例えば図１に示すように自動二輪車のエンジンを例とする。
【００２７】
まず、本実施形態に係る自動二輪車１００の全体構成について説明する。図１において、鋼製或いはアルミニウム合金材でなる車体フレーム１０１の前部には、ステアリングヘッドパイプ１０２によって左右に回動可能に支持された２本のフロントフォーク１０３が設けられる。フロントフォーク１０３の上端にはハンドルバー１０４が固定され、ハンドルバー１０４の両端にグリップ１０５が設けられる。
【００２８】
フロントフォーク１０３の下部には前輪１０６が回転自在に支持されるとともに、前輪１０６の上部を覆うようにフロントフェンダ１０７が固定される。前輪１０６は、前輪１０６と一体回転するブレーキディスク１０８を有する。
【００２９】
車体フレーム１０１の後部にはスイングアーム１０９が揺動可能に設けられ、車体フレーム１０１とスイングアーム１０９との間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。スイングアーム１０９の後端には後輪１１１が回転自在に支持され、後輪１１１はチェーン１１２が巻回されるドリブンスプロケット１１３を介して回転駆動されるようになっている。
【００３０】
車体フレーム１０１に搭載されるエンジンユニット１には、エアクリーナ１１４に結合する吸気管１１５から混合気が供給され、燃焼後の排気ガスが排気管１１６を通って排気される。エアクリーナ１１４は容量確保のためにエンジンユニット１の後方、かつ燃料タンク１１７及びシート１１８の下方にある大きなスペース内に設置される。そのため吸気管１１５はエンジンユニット１の後部側に結合し、排気管１１６はエンジンユニット１の前部側に結合される。また、エンジンユニット１の上方には燃料タンク１１７が搭載され、燃料タンク１１７の後方にシート１１８及びシートカウル１１９が連設される。
【００３１】
さらに図１において、１２０はヘッドランプ、１２１はスピードメータ、タコメータ或いは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、１２２はステー１２３を介してハンドルバー１０４に支持されるバックミラーである。また、車体フレーム１０１の下部にはセンタースタンド１２４が揺動自在に取り付けられ、後輪１１１を接地させたり、地面から浮かせたりできる。
【００３２】
車体フレーム１０１は、前部に設けたヘッドパイプ１０２から後斜め下方へ向けて延設され、エンジンユニット１の下方を包むように湾曲した後、スイングアーム１０９の軸支部であるピボット１０９ａを形成してタンクレール１０１ａ及びシートレール１０１ｂに連結する。この車体フレーム１０１には、フロントフェンダ１０７との干渉を避けるべく車体フレームと平行にラジエータ１２５が設けられるとともに、このラジエータ１２５から車体フレーム１０１に沿って冷却水ホース１２６が配設され、排気管１１６と干渉することなくエンジンユニット１に連通する。
【００３３】
図２〜４はエンジンユニット１の動弁機構の要部を示す図である。エンジンユニット１のシリンダ内でピストンが上下に往復動するとともに、ピストンの上部に配置されたシリンダヘッド２内に動弁機構が収容される。
【００３４】
本実施形態では、吸気側において、カムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構が配設される。即ち、吸気側においては、カム／カムシャフトユニット１０と、カム／カムシャフトユニット１０の下側に配置されるタペットユニット２０と、吸気制御するバルブユニット３０と、カム／カムシャフトユニット１０のカム１３をスライドさせるアクセルシャフトユニット４０とを備える。
【００３５】
吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、図２、４に示すように、カムシャフト１１が配置され、ベアリング１２を介して回転自在に支持される。カムシャフト１１の一端にはスプロケット１４が固着し、この吸気側のスプロケット１４と、同じく排気側のカムシャフト１１EX（図３参照）の一端に固着するスプロケット１４EXと、図示しないクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケットとの間にカムチェーンが巻回装架される。なお、カムシャフト１１に設けられたピン１５を介してカムの位相が検出されるようになっている。また、図示しないクランクシャフトのマグネトに設けたエンジン回転数センサによりエンジン回転数が検出されるようになっている。
【００３６】
カムシャフト１１にはその軸方向にカム１３がスライド可能に装着される。例えばカムシャフト１１とカム１３との間にボールが介在するスプラインが構成され、カム１３とカムシャフト１１の相対回転が規制されるとともに、カム１３が直線運動（リニアモーション）するようになっている（図中矢印ｘ）。カム１３は３次元曲面形状のカム（以下、「３次元カム」と称する）として構成され、長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に連続的に変化するカムプロフィールを有し、カムシャフト１１に沿ってスライドすることにより、吸気バルブのリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御する。なお、具体的には図示しないが、カム１３の位置が検出されるようになっている。
【００３７】
吸気側のタペットユニット２０において、図４に示すように、外周面が球状面とされたタペットローラ２１を備え、その外周面がカム１３に接触する。タペットローラ２１内には腕部材２２が配置され、腕部材２２がタペットローラ２１に対して傾いたときにもタペットローラ２１を正常回転可能とする調芯機能を持たせている。腕部材２２の両端部には、後述するバルブユニット３０のバルブリテーナ３３に当接する押圧部２２ａが設けられる。
【００３８】
吸気側のバルブユニット３０において、図３に示すように、バルブステム３１ａがバルブガイド３２によってガイドされる吸気バルブ３１を備え、吸気バルブ３１がリフトすることにより、エアクリーナ１１４から導かれる空気とインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。各バルブステム３１ａの端部にはバルブリテーナ３３が設けられ、バルブリテーナ３３にバルブスプリング３４の付勢力が作用する。
【００３９】
吸気側のアクセルシャフトユニット４０において、図２に示すように、カムシャフト１１の隣に平行に配置されるアクセルシャフト４１と、アクセルシャフト４１に固着するとともにカム１３に連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００４０】
アクセルシャフト４１は軸方向に移動可能に支持され、その一端が送りネジ４１ａを介してドリブンギヤ４３と螺合する。ドリブンギヤ４３には、アクセルモータ４４の出力軸４４ａに設けられたドライブギヤ４５が螺合する。したがって、アクセルモータ４４の回転運動が送りネジ４１ａを介して直線運動に変換され、アクセルシャフト４１を軸方向に移動させることができる（図中矢印Ｘ）。
【００４１】
アクセルフォーク４２は、アクセルシャフト４１と直交方向にカムシャフト１１側へ延出し、二股状の先端部を有する。また、カム１３の端部にはフォークガイド４６を備え、アクセルフォーク４２の二股状の先端が係合する。これによりアクセルシャフト４１が軸方向移動するのに連動もしくは同期して、カム１３がカムシャフト１１に沿ってスライドする。
【００４２】
一方、排気側においては、３次元カムは採用されず、カムシャフト１１EXに固定された平板状のカム１３EXに従って排気バルブのバルブリフト量及びリフトタイミングが制御される。なお、図２〜４には吸気側の構成要素のみを図示し、排気側の構成要素については一部図示を省略する。
【００４３】
上記構成とした動弁機構において、アクセルグリップ（もしくはアクセルペダル）を操作すると、後述する制御装置５０の制御下にてアクセルモータ４４が作動し、その出力軸４４ａの回転によりアクセルシャフト４１が軸方向移動する。したがって、カム１３はアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１の動きに連動してカムシャフト１１に沿ってスライドする。なお、この実施形態では吸気側のみで３次元カムにより可変制御するようにしたが、加えて排気側においても３次元カムにより可変制御するようにしてもよい。
【００４４】
このように吸気量をコントロールし、エンジン回転数に最も適した吸排気を行ことができる。例えば、エンジンの低速回転時には、タペットローラ２１はカム１３に対してカム高さの比較的低い部位に当接する。この状態で加速、即ちアクセルを開くと、アクセルモータ４４の作動によりアクセルシャフト４１は図２の右方向に軸方向移動する。カム１３はアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１の動きに連動してカムシャフト１１に沿って同様に図２の右方向にスライドする。カム１３のスライドによりタペットローラ２１は次第にカム高さの比較的高い部位に当接し、バルブリフト量が増大する。一方、減速時にはアクセルを戻すことで、上記とは逆の動作でバルブリフト量を減少させる。
【００４５】
ここで、図５、６を参照して、吸気側のカム１３の一例について説明する。図５に示すように、カム１３は、エンジンの低速回転域から高速回転域に対応してカムプロフィールが連続的に変化する主カム面１３ａを有し、吸気行程の後期付近で吸気バルブ３１を微小量リフトさせるように形成されたアイドル時用カム面１３ｂが付設される。
【００４６】
図６には、カム１３の３次元カム構成諸元の具体例を示す。カム１３の主カム面１３ａは、エンジンの高速回転域になるに従いカム高さが高くなるように設定される。かかるカム１３をカムシャフト１１に沿ってスライドさせることにより、吸気バルブ３１のリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御することができるようになっている。
【００４７】
また、アイドル時用カム面１３ｂは、主カム面１３ａの最小カム高さと略同一又はそれ以上のカム高さに設定され、この例では第１のカム部１３ｂ1、第２のカム部１３ｂ2、第３のカム部１３ｂ3を含む。図６のバルブリフトカーブに示すように、カム高さはカム部１３ｂ1＞カム部１３ｂ2＞カム部１３ｂ3となるように設定される。また、カム部１３ｂ3、カム部１３ｂ2、カム部１３ｂ1の順に吸気バルブ３１の閉じタイミングが遅くなるように設定される。
【００４８】
ここで、図７には、エンジンを制御するための制御装置５０まわりの構成を示す。なお、既述した構成要素には同一の符号を付して説明する。エンジンユニット１には、エアクリーナ１１４から吸気管１１５を介して導かれる空気とインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が供給され、燃焼後の排気ガスが排気管１１６を通って排気される。
【００４９】
エンジンユニット１まわりには、カム位置を検出するカム位置センサ７０１、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ７０２、エンジンユニット１のウォータジャケット内を循環する冷却水温を検出する冷却水温センサ（ＷＴＳ）７０３、カム位相を検出するカム位相センサ７０７が設けられ、これら検出信号が制御装置５０に入力される。さらに、図示しない各センサから大気圧信号、エンジン油温信号、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）温信号、吸気温信号が制御装置５０に入力される。
【００５０】
また、アクセルグリップまわりにはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７０４が設けられ、その検出信号が制御装置５０に入力される。
【００５１】
他にも、車速センサから車速信号、ギヤポジションセンサから変速装置がニュートラル位置であるか否かを表すニュートラルスイッチ信号、クラッチ入力センサからクラッチが切断されているか否かを表すクラッチスイッチ信号、センタースタンド１２４側からセンタースタンド１２４が使用中であるか否かを表すセンタースタンドスイッチ信号がそれぞれ制御装置５０に入力される。
【００５２】
制御装置５０は、上記のように入力されるカム位置信号、エンジン回転数信号、冷却水温信号、大気圧信号、エンジン油温信号、ＡＴＦ温信号、吸気温信号、アクセル開度信号、車速信号、ニュートラルスイッチ信号、クラッチスイッチ信号、センタースタンドスイッチ信号に基づいて、アクセルモータ４４を制御してカム１３をスライドさせ、また、必要なときには点火制御装置７０５を介して点火プラグ７０６による点火時期を調整する。
【００５３】
また、図３にも示すように、インジェクタ（燃料噴射装置）１２７を、シリンダヘッド１の吸気ポート１ａの下流側又は吸気管１１５に下流側へ指向するように配設し、吸気量に見合った燃料を噴射するよう制御装置５０により制御する。特にシリンダヘッド１の吸気ポート１ａの下流側に設け、吸気バルブ３１の傘部周辺に指向させて燃料を噴射することにより、吸気管内での流路断面積が小さく絞られ、空気の流速が最も速くなる唯一の位置にて燃料を噴射して、どのような吸気量であっても燃料と充分に混合させた混合気を燃焼室内に提供することができ、燃料が安定する。より上流側となる吸気管１１５に下流側へ指向するように配設しているインジェクタ（燃料噴射装置）１２７は、上流、下流の両方に備えてもよく、また、吸気バルブ３１を複数設けて、それぞれのバルブスプリングの荷重を変える場合、その荷重の小さい方に偏位させて設けてもよい。図３においては、アクセルシャフト４１等及びインジェクタ（燃料噴射装置）１２７を吸気ポート１ａを挟んで両側に集約して配置し、シリンダヘッドを小型なものとし、吸気管エアクリーナの採り回しに自由度を与えている。
【００５４】
図８は制御装置５０の機能構成を表すブロック図である。同図において、５１はアイドル判定手段であり、エンジンユニット１がアイドリング状態か否かを判定する。５２は目標カム位置算出手段であり、アイドル判定手段５１によりアイドリング状態であると判定された場合、冷却水温に基づいて算出される目標バルブリフト量に応じて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正する。
【００５５】
また、５６はアイドル時目標エンジン回転数算出手段であり、アイドル判定手段５１によりアイドリング状態であると判定された場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があるかどうかを判定する。５７は点火時期調整手段であり、アイドル時目標エンジン回転数算出手段５６により目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があると判定された場合、点火手段（点火プラグ）７０６を制御して点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う。
【００５６】
５３は目標カム位置補正手段であり、点火時期調整手段５７による点火時期の進角調整或いは遅角調整に必要な進角量或いは遅角量が所定の限界量を超えている場合は、点火時期の進角調整或いは遅角調整は行わず、目標カム位置算出手段５２により算出されたアイドリング状態での目標カム位置を補正する。
【００５７】
５４は偏差算出手段であり、最終的に決定された目標カム位置と実際のカム位置との偏差を算出する。５５は制御量算出手段であり、最終的に決定された目標カム位置と実際のカム位置との偏差に応じたフィードバック制御量を算出し、カム位置移動手段（アクセルモータ）４４を制御して、カム位置を目標カム位置までスライドさせる。
【００５８】
以下、図９〜１２のフローチャートを参照して、制御装置５０による制御について詳細に説明する。
図９は制御装置５０での処理動作を示すフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行される。まず、カム位置センサ７０１により実際のカム位置を検出する（ステップＳ１０１）。次に、アイドル判定手段５１にて図１１のフローチャートに示すようにアイドリング状態か否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００５９】
図１１には、上記ステップＳ１０２におけるアイドリング状態判定処理の詳細なフローチャートを示す。同図に示すように、アクセル開度センサ７０４によりアクセルが全閉状態であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。アクセルが全閉状態でなければ、非アイドリング状態であると判定する（ステップＳ３０７）。それに対して、アクセルが全閉状態であれば、車速がゼロ（即ち、停車中）であるか（ステップＳ３０２）、変速装置がニュートラル位置であるか（ステップＳ３０３）、クラッチが切断されているか（ステップＳ３０４）、センタースタンド１２４が使用中であるか（ステップＳ３０５）を判定し、すべての条件が外れた場合に非アイドリング状態であると判定し（ステップＳ３０７）、いずれかの条件が成立した場合にアイドリング状態であると判定する（ステップＳ３０６）。
【００６０】
図９のフローチャートに説明を戻して、続いてエンジン回転数センサ７０２からの信号の周期計測により実際のエンジン回転数ＮＥを算出する（ステップＳ１０３）。
【００６１】
ここで、上記ステップＳ１０２でアイドリング状態であると判定された場合に、アイドル時目標エンジン回転数算出手段５６、点火調整手段５７にて図１０のフローチャートに示すように点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う。図１０に示すように、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭよりも許容量αを超えて大きい場合（ステップＳ２０１）、これまでの遅角量が遅角限界量Ａに達していないことを条件に（ステップＳ２０２）、点火時期を遅角してエンジン回転数を補正する（ステップＳ２０３）。これまでの遅角量が遅角限界量Ａに達しているならば（ステップＳ２０２）、点火時期を遅角せず、リフト量を減らす方向にカム位置を変更する必要があることを表すフラグ「１」に設定する（ステップＳ２０４）。
【００６２】
また、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭよりも許容量βを超えて小さい場合（ステップＳ２０５）、これまでの進角量が進角限界量Ｂに達していないことを条件に（ステップＳ２０６）、点火時期を進角してエンジン回転数数を補正する（ステップＳ２０７）。これまでの進角量が進角限界量Ｂに達しているならば（ステップＳ２０６）、点火時期を進角せず、リフト量を増やす方向にカム位置を変更する必要があることを表すフラグ「２」に設定する（ステップＳ２０８）。
【００６３】
なお、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭに対して許容量α、βの範囲内にある場合は（ステップＳ２０１、Ｓ２０５）、そのまま処理を抜ける。
【００６４】
図９のフローチャートに説明を戻して、次に目標カム位置算出手段５２にて図１２のフローチャートに示すように目標カム位置を算出する（ステップＳ１０４）。
【００６５】
図１２には、上記ステップＳ１０４における目標カム位置算出処理の詳細なフローチャートを示す。同図に示すように、アイドル判定時であれば（ステップＳ４０１）、冷却水温に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正する（ステップＳ４０２）。例えば、冷却水温が低い場合、吸気量を増加させるべくリフト量を大きくするように目標カム位置を求め（図５、６の例でいえば、カム高さの高いカム部１３ｂ1）、さらに大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温が低いようであれば、リフト量を増やすよう目標カム位置を補正する。
【００６６】
次に、図１０に示した点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理においてカム位置変更必要フラグが設定されたか否かを判定し、カム位置変更必要フラグが「１」に設定されていれば（ステップＳ４０４）、リフト量を減らす方向にカム位置を変更するよう目標カム位置を補正し（ステップＳ４０５）、カム位置変更必要フラグが「２」に設定されていれば（ステップＳ４０４）、リフト量を増やす方向にカム位置を変更するよう目標カム位置を補正する（ステップＳ４０７）。その後、カム位置変更必要フラグを「０」に設定しなおして（ステップＳ４０８）、処理を抜ける。
【００６７】
一方、非アイドル判定時であれば（ステップＳ４０１）、アクセル開度、エンジン回転数に応じて目標カム位置を求める。なお、非アイドル判定時には、図１０に示した点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理は行われないので、カム位置変更必要フラグが「０」のままである。
【００６８】
図９のフローチャートに説明を戻して、偏差算出手段５４にて上記ステップＳ１０４で最終的に決定された目標カム位置と上記ステップＳ１０１で検出された実際のカム位置との偏差を算出し（ステップＳ１０５）、制御量算出手段５５にて偏差に応じたフィードバック制御量を算出する（ステップＳ１０６）。本実施形態では偏差を累積するＰＩ（比例積分）制御量を算出するようにしているが、他の算出方法であってもよい。
【００６９】
このようにして算出されたフィードバック制御量に基づいてアクセルモータ４４を制御して、カム１３を目標カム位置までスライドさせる（ステップＳ１０７）。
【００７０】
以上述べたエンジンの制御装置によれば、アイドル判定時には、エンジンユニット１の温度条件（冷却水温）に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正するようにしたので、アイドリング状態での吸入空気量のばらつきを抑え、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりすることがないようにして安定化を図ることができる。
【００７１】
しかも、アイドリング状態での目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があると判定された場合、点火時期の進角調整或いは遅角調整を行うようにしたので、吸入空気量を制御する際にエンジン回転のハンチングが生じないようにすることができる。この場合に、必要な進角量（或いは遅角量）が所定の限界量Ｂ（或いはＡ）を超えているときには、点火時期の進角調整（或いは遅角調整）は行わず、リフト量を増やす（或いは減らす）ようアイドリング状態での目標カム位置を補正するようにしたので、点火時期を過度に進角（或いは遅角）することがなく、出力の変動を少なくし、排気ガスの変動を少なくすることができる。
【００７２】
さらに、上記実施形態で説明した制御に加えて、アイドリング状態で目標カム位置を算出してカム１３をスライドさせる処理周期を、非アイドリング状態で目標カム位置を算出してカム１３をスライドさせる処理周期よりも長くしたり、アイドリング状態で目標カム位置にカム１３をスライドさせる速度を、非アイドリング状態で目標カム位置にカム１３をスライドさせる速度よりも遅くしたりすることにより、アイドリング時における燃焼状態の変化率が過度になりすぎないようにして、エンジン回転数のばらつきを軽減させることができる。また、アイドリング状態では目標カム位置の変化量、即ちバルブリフト量の変化量が一定値を超えないよう制限するようにしてもよい。
【００７３】
また、アイドリング状態でのカム位置を、そのときのエンジンの温度条件に関連付けて記憶していき、次に同一又は近似の温度条件があった場合には、その記憶されたカム位置を利用するようにしてもよい。これにより、制御手段５０での算出処理の負担を軽減させることができる。また、例えば予め決められたカム位置とエンジンの温度条件との関連付けを同型のエンジンに対して一律に適用する場合に比べれば、エンジンごとに最適なカム位置が決定されるので、製造時に生じるエンジンの固体差による影響を吸収し、メカロスを増大させないようにすることができる。
【００７４】
以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、上記実施形態として本発明を自動二輪車に適用した例を説明したが、四輪自動車等のエンジンに対しても有効に適用可能である。図１１のフローチャートで説明したアイドリング状態判定処理では、センタースタンド１２４が使用中であるかを判定しているが（ステップＳ３０５）、四輪自動車等に適用する場合は、その条件を省けばよい。
【００７５】
なお、上記実施形態の制御装置５０はコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムにより上記実施の形態で説明した各機能が実現されることとなり、そのプログラム自体が本発明を構成する。プログラムを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えばアイドルリング状態と判定された場合に、エンジンの温度条件に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、オートマチックトランスミッションフルード温、吸気温等に応じて補正するようにしたので、アイドリング状態での吸入空気量のばらつきを抑え、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりすることがないようにして安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用例に係るエンジンまわりを含む自動二輪車の構成例を示す図である。
【図２】動弁機構の要部を示す平面一部断面図である。
【図３】動弁機構の要部を示す側面（図２の矢印III方向）一部断面図である。
【図４】動弁機構の要部を示す側面（図２の矢印IV方向）一部断面図である。
【図５】カム１３の斜視図、正面図、及び側面図である。
【図６】カム１３の３次元カム構成諸元の具体例を示す図である。
【図７】制御装置５０まわりの構成を示す図である。
【図８】制御装置５０の機能構成を表すブロック図である。
【図９】制御装置５０での処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】アイドリング状態判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】目標カム位置算出処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
１０ カム／カムシャフトユニット
１１ カムシャフト
１３ カム
２０ タペットユニット
２１ タペットローラ
３０ バルブユニット
４０ アクセルシャフトユニット
４１ アクセルシャフト
４２ アクセルフォーク
４３ ドリブンギヤ
４４ アクセルモータ
５０ 制御装置
５１ アイドル判定手段
５２ 目標カム位置算出手段
５３ 目標カム位置補正手段
５４ 偏差算出手段
５５ 制御量算出手段
５６ アイドル時目標エンジン回転数算出手段
５７ 点火時期調整手段
７０１ カム位置センサ
７０２ エンジン回転数センサ
７０３ 冷却水温センサ
７０４ アクセル開度センサ
７０５ 点火制御装置
７０６ 点火プラグ
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動二輪車や自動車等に搭載されるエンジンの制御装置に関し、特にカムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンに用いて好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンに備えられる動弁機構として、例えば特許文献１には、カムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせることにより、吸気バルブや排気バルブのリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御する技術が開示されている。
【０００３】
かかるカムを特に吸気バルブに応用した場合、吸気バルブのリフト特性を無段連続的に変化させることにより吸入空気量の制御を行うことができるので、吸入通路の絞り弁を廃止して吸入抵抗を減らすことができ、エンジンの出力アップを図ることが可能である。
【０００４】
また、低負荷域で吸気バルブを早閉じするようにカムプロフィールを設定しておくことにより、吸気バルブが閉じた後に混合気が断熱膨張し、さらに断熱圧縮することになる。この膨張によって吸気温が下がり、点火直前の吸気温も早閉じしない場合より低くなり、これにより、ノッキングを防止し、一方で膨張比を高く維持することができ、膨張比を圧縮比より高くするミラーサイクル化により熱効率を向上させることができる。
【０００５】
また、リフト量そのものを小さくすれば機械損失も減らすことができ、燃費の面で有利である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−１８７８０７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の動弁機構では、アクセル開度、エンジン回転数に応じてリフト量を決定し、カムのスライドを制御するようにしているが、その場合、例えばアクセル全閉状態にあるアイドリング状態に、条件によっては吸入空気量がばらついてしまい、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりするおそれがある。
【０００８】
また、単純に空気量を制御するためにカム位置をフィードバック制御しようとすると、カム位置の移動に遅れがあるため、かえってエンジン回転のハンチングを招くおそれがある。
【０００９】
すなわち、エンジンの温度上昇の状態が一般的な二次元カムのエンジンと異なり比較的低温となるため、排ガスの悪化防止や出力向上のためには温度管理が重要になる。
【００１０】
また、エンジンの全回転域にわたって制御する一般的なスロットルバルブ等を単純に省略したような吸気管を構成すると、特に少ない吸気量での混合気が充分に得られないこともあり得る。
【００１１】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、カムをスライドさせることによりバルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンにあって、主としてアイドリング状態でのエンジン回転の安定化を図ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの制御装置は、カムプロフィールが軸方向および周方向に連続的に変化するカムを電動モータによりカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト量、リフトタイミングおよび最大リフト時の位相を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、前記電動モータを制御してカムをスライドさせる制御手段と、エンジンがアイドリング状態か否かを判定するアイドル判定手段と、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、エンジンの冷却水温に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、オートマチックトランスミッションフルード温、吸気温の少なくともいずれかに応じて補正する目標カム位置算出手段とを備え、アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度を、非アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度よりも遅くすることでアイドリング状態におけるバルブリフト量、バルブタイミングおよび最大リフト時の位相の変化を緩慢にする点に特徴を有する。
【００１３】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があるとき、点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う点火時期調整手段を備え、上記点火時期調整手段による点火時期の進角調整或いは遅角調整に必要な進角量或いは遅角量が所定の限界量を超えている場合は、点火時期の進角調整或いは遅角調整を一切行わず、上記目標カム位置算出手段により算出されたアイドリング状態での目標カム位置を、バルブリフト量を増やす或いは減らすよう補正する目標カム位置補正手段を備えた点にある。
【００１６】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、自動二輪車のエンジンに利用されるものであり、上記アイドル判定手段は、アクセルが全閉状態である条件と、車速がゼロである、変速装置がニュートラル位置である、クラッチが切断されている、センタースタンドが使用中である、のうちいずれかが成立する条件とが共に成立したときにアイドリング状態であると判定する点にある。
【００１９】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、上記アイドル判定手段によりアイドリング状態でないと判定された場合、上記目標カム位置算出手段は、アクセル開度に基づいて目標カム位置を決定する点にある。
【００２０】
また、本発明のエンジン制御装置の他の特徴とするところは、上記カムにおいて主カム面にアイドル時用カム面が付設されており、上記目標カム位置算出手段はアイドリング状態での目標カム位置を上記アイドル時用カム面の範囲で決定する点にある。
【００２１】
また、本発明のエンジンの制御装置の他の特徴とするところは、アイドリング状態でのカム位置を、そのときのエンジンの温度条件に関連付けて記憶していく記憶手段を備えた点にある。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明による好適な実施形態を説明する。本実施形態では、アイドリング時にエンジンの冷却水温に基づいて目標カム位置を求める例を説明する。なお、本発明によるエンジンの制御装置は、自動二輪車或いは自動車に搭載される各種のガソリンエンジンに対して有効に適用可能であり、本実施形態では例えば図１に示すように自動二輪車のエンジンを例とする。
【００２７】
まず、本実施形態に係る自動二輪車１００の全体構成について説明する。図１において、鋼製或いはアルミニウム合金材でなる車体フレーム１０１の前部には、ステアリングヘッドパイプ１０２によって左右に回動可能に支持された２本のフロントフォーク１０３が設けられる。フロントフォーク１０３の上端にはハンドルバー１０４が固定され、ハンドルバー１０４の両端にグリップ１０５が設けられる。
【００２８】
フロントフォーク１０３の下部には前輪１０６が回転自在に支持されるとともに、前輪１０６の上部を覆うようにフロントフェンダ１０７が固定される。前輪１０６は、前輪１０６と一体回転するブレーキディスク１０８を有する。
【００２９】
車体フレーム１０１の後部にはスイングアーム１０９が揺動可能に設けられ、車体フレーム１０１とスイングアーム１０９との間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。スイングアーム１０９の後端には後輪１１１が回転自在に支持され、後輪１１１はチェーン１１２が巻回されるドリブンスプロケット１１３を介して回転駆動されるようになっている。
【００３０】
車体フレーム１０１に搭載されるエンジンユニット１には、エアクリーナ１１４に結合する吸気管１１５から混合気が供給され、燃焼後の排気ガスが排気管１１６を通って排気される。エアクリーナ１１４は容量確保のためにエンジンユニット１の後方、かつ燃料タンク１１７及びシート１１８の下方にある大きなスペース内に設置される。そのため吸気管１１５はエンジンユニット１の後部側に結合し、排気管１１６はエンジンユニット１の前部側に結合される。また、エンジンユニット１の上方には燃料タンク１１７が搭載され、燃料タンク１１７の後方にシート１１８及びシートカウル１１９が連設される。
【００３１】
さらに図１において、１２０はヘッドランプ、１２１はスピードメータ、タコメータ或いは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、１２２はステー１２３を介してハンドルバー１０４に支持されるバックミラーである。また、車体フレーム１０１の下部にはセンタースタンド１２４が揺動自在に取り付けられ、後輪１１１を接地させたり、地面から浮かせたりできる。
【００３２】
車体フレーム１０１は、前部に設けたヘッドパイプ１０２から後斜め下方へ向けて延設され、エンジンユニット１の下方を包むように湾曲した後、スイングアーム１０９の軸支部であるピボット１０９ａを形成してタンクレール１０１ａ及びシートレール１０１ｂに連結する。この車体フレーム１０１には、フロントフェンダ１０７との干渉を避けるべく車体フレームと平行にラジエータ１２５が設けられるとともに、このラジエータ１２５から車体フレーム１０１に沿って冷却水ホース１２６が配設され、排気管１１６と干渉することなくエンジンユニット１に連通する。
【００３３】
図２〜４はエンジンユニット１の動弁機構の要部を示す図である。エンジンユニット１のシリンダ内でピストンが上下に往復動するとともに、ピストンの上部に配置されたシリンダヘッド２内に動弁機構が収容される。
【００３４】
本実施形態では、吸気側において、カムプロフィールが軸方向に連続的に変化するカムをカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト特性を無段連続的に可変制御する動弁機構が配設される。即ち、吸気側においては、カム／カムシャフトユニット１０と、カム／カムシャフトユニット１０の下側に配置されるタペットユニット２０と、吸気制御するバルブユニット３０と、カム／カムシャフトユニット１０のカム１３をスライドさせるアクセルシャフトユニット４０とを備える。
【００３５】
吸気側のカム／カムシャフトユニット１０において、図２、４に示すように、カムシャフト１１が配置され、ベアリング１２を介して回転自在に支持される。カムシャフト１１の一端にはスプロケット１４が固着し、この吸気側のスプロケット１４と、同じく排気側のカムシャフト１１EX（図３参照）の一端に固着するスプロケット１４EXと、図示しないクランクシャフトの一端に固着するドライブスプロケットとの間にカムチェーンが巻回装架される。なお、カムシャフト１１に設けられたピン１５を介してカムの位相が検出されるようになっている。また、図示しないクランクシャフトのマグネトに設けたエンジン回転数センサによりエンジン回転数が検出されるようになっている。
【００３６】
カムシャフト１１にはその軸方向にカム１３がスライド可能に装着される。例えばカムシャフト１１とカム１３との間にボールが介在するスプラインが構成され、カム１３とカムシャフト１１の相対回転が規制されるとともに、カム１３が直線運動（リニアモーション）するようになっている（図中矢印ｘ）。カム１３は３次元曲面形状のカム（以下、「３次元カム」と称する）として構成され、長手方向（カムシャフト１１の軸方向）に連続的に変化するカムプロフィールを有し、カムシャフト１１に沿ってスライドすることにより、吸気バルブのリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御する。なお、具体的には図示しないが、カム１３の位置が検出されるようになっている。
【００３７】
吸気側のタペットユニット２０において、図４に示すように、外周面が球状面とされたタペットローラ２１を備え、その外周面がカム１３に接触する。タペットローラ２１内には腕部材２２が配置され、腕部材２２がタペットローラ２１に対して傾いたときにもタペットローラ２１を正常回転可能とする調芯機能を持たせている。腕部材２２の両端部には、後述するバルブユニット３０のバルブリテーナ３３に当接する押圧部２２ａが設けられる。
【００３８】
吸気側のバルブユニット３０において、図３に示すように、バルブステム３１ａがバルブガイド３２によってガイドされる吸気バルブ３１を備え、吸気バルブ３１がリフトすることにより、エアクリーナ１１４から導かれる空気とインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が燃焼室に導入される。各バルブステム３１ａの端部にはバルブリテーナ３３が設けられ、バルブリテーナ３３にバルブスプリング３４の付勢力が作用する。
【００３９】
吸気側のアクセルシャフトユニット４０において、図２に示すように、カムシャフト１１の隣に平行に配置されるアクセルシャフト４１と、アクセルシャフト４１に固着するとともにカム１３に連結するアクセルフォーク４２とを備える。
【００４０】
アクセルシャフト４１は軸方向に移動可能に支持され、その一端が送りネジ４１ａを介してドリブンギヤ４３と螺合する。ドリブンギヤ４３には、アクセルモータ４４の出力軸４４ａに設けられたドライブギヤ４５が螺合する。したがって、アクセルモータ４４の回転運動が送りネジ４１ａを介して直線運動に変換され、アクセルシャフト４１を軸方向に移動させることができる（図中矢印Ｘ）。
【００４１】
アクセルフォーク４２は、アクセルシャフト４１と直交方向にカムシャフト１１側へ延出し、二股状の先端部を有する。また、カム１３の端部にはフォークガイド４６を備え、アクセルフォーク４２の二股状の先端が係合する。これによりアクセルシャフト４１が軸方向移動するのに連動もしくは同期して、カム１３がカムシャフト１１に沿ってスライドする。
【００４２】
一方、排気側においては、３次元カムは採用されず、カムシャフト１１EXに固定された平板状のカム１３EXに従って排気バルブのバルブリフト量及びリフトタイミングが制御される。なお、図２〜４には吸気側の構成要素のみを図示し、排気側の構成要素については一部図示を省略する。
【００４３】
上記構成とした動弁機構において、アクセルグリップ（もしくはアクセルペダル）を操作すると、後述する制御装置５０の制御下にてアクセルモータ４４が作動し、その出力軸４４ａの回転によりアクセルシャフト４１が軸方向移動する。したがって、カム１３はアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１の動きに連動してカムシャフト１１に沿ってスライドする。なお、この実施形態では吸気側のみで３次元カムにより可変制御するようにしたが、加えて排気側においても３次元カムにより可変制御するようにしてもよい。
【００４４】
このように吸気量をコントロールし、エンジン回転数に最も適した吸排気を行ことができる。例えば、エンジンの低速回転時には、タペットローラ２１はカム１３に対してカム高さの比較的低い部位に当接する。この状態で加速、即ちアクセルを開くと、アクセルモータ４４の作動によりアクセルシャフト４１は図２の右方向に軸方向移動する。カム１３はアクセルフォーク４２を介してアクセルシャフト４１の動きに連動してカムシャフト１１に沿って同様に図２の右方向にスライドする。カム１３のスライドによりタペットローラ２１は次第にカム高さの比較的高い部位に当接し、バルブリフト量が増大する。一方、減速時にはアクセルを戻すことで、上記とは逆の動作でバルブリフト量を減少させる。
【００４５】
ここで、図５、６を参照して、吸気側のカム１３の一例について説明する。図５に示すように、カム１３は、エンジンの低速回転域から高速回転域に対応してカムプロフィールが連続的に変化する主カム面１３ａを有し、吸気行程の後期付近で吸気バルブ３１を微小量リフトさせるように形成されたアイドル時用カム面１３ｂが付設される。
【００４６】
図６には、カム１３の３次元カム構成諸元の具体例を示す。カム１３の主カム面１３ａは、エンジンの高速回転域になるに従いカム高さが高くなるように設定される。かかるカム１３をカムシャフト１１に沿ってスライドさせることにより、吸気バルブ３１のリフト量及びリフトタイミングを無段連続的に可変制御することができるようになっている。
【００４７】
また、アイドル時用カム面１３ｂは、主カム面１３ａの最小カム高さと略同一又はそれ以上のカム高さに設定され、この例では第１のカム部１３ｂ1、第２のカム部１３ｂ2、第３のカム部１３ｂ3を含む。図６のバルブリフトカーブに示すように、カム高さはカム部１３ｂ1＞カム部１３ｂ2＞カム部１３ｂ3となるように設定される。また、カム部１３ｂ3、カム部１３ｂ2、カム部１３ｂ1の順に吸気バルブ３１の閉じタイミングが遅くなるように設定される。
【００４８】
ここで、図７には、エンジンを制御するための制御装置５０まわりの構成を示す。なお、既述した構成要素には同一の符号を付して説明する。エンジンユニット１には、エアクリーナ１１４から吸気管１１５を介して導かれる空気とインジェクタ１２７から噴霧される燃料との混合気が供給され、燃焼後の排気ガスが排気管１１６を通って排気される。
【００４９】
エンジンユニット１まわりには、カム位置を検出するカム位置センサ７０１、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ７０２、エンジンユニット１のウォータジャケット内を循環する冷却水温を検出する冷却水温センサ（ＷＴＳ）７０３、カム位相を検出するカム位相センサ７０７が設けられ、これら検出信号が制御装置５０に入力される。さらに、図示しない各センサから大気圧信号、エンジン油温信号、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ）温信号、吸気温信号が制御装置５０に入力される。
【００５０】
また、アクセルグリップまわりにはアクセル開度を検出するアクセル開度センサ７０４が設けられ、その検出信号が制御装置５０に入力される。
【００５１】
他にも、車速センサから車速信号、ギヤポジションセンサから変速装置がニュートラル位置であるか否かを表すニュートラルスイッチ信号、クラッチ入力センサからクラッチが切断されているか否かを表すクラッチスイッチ信号、センタースタンド１２４側からセンタースタンド１２４が使用中であるか否かを表すセンタースタンドスイッチ信号がそれぞれ制御装置５０に入力される。
【００５２】
制御装置５０は、上記のように入力されるカム位置信号、エンジン回転数信号、冷却水温信号、大気圧信号、エンジン油温信号、ＡＴＦ温信号、吸気温信号、アクセル開度信号、車速信号、ニュートラルスイッチ信号、クラッチスイッチ信号、センタースタンドスイッチ信号に基づいて、アクセルモータ４４を制御してカム１３をスライドさせ、また、必要なときには点火制御装置７０５を介して点火プラグ７０６による点火時期を調整する。
【００５３】
また、図３にも示すように、インジェクタ（燃料噴射装置）１２７を、シリンダヘッド１の吸気ポート１ａの下流側又は吸気管１１５に下流側へ指向するように配設し、吸気量に見合った燃料を噴射するよう制御装置５０により制御する。特にシリンダヘッド１の吸気ポート１ａの下流側に設け、吸気バルブ３１の傘部周辺に指向させて燃料を噴射することにより、吸気管内での流路断面積が小さく絞られ、空気の流速が最も速くなる唯一の位置にて燃料を噴射して、どのような吸気量であっても燃料と充分に混合させた混合気を燃焼室内に提供することができ、燃料が安定する。より上流側となる吸気管１１５に下流側へ指向するように配設しているインジェクタ（燃料噴射装置）１２７は、上流、下流の両方に備えてもよく、また、吸気バルブ３１を複数設けて、それぞれのバルブスプリングの荷重を変える場合、その荷重の小さい方に偏位させて設けてもよい。図３においては、アクセルシャフト４１等及びインジェクタ（燃料噴射装置）１２７を吸気ポート１ａを挟んで両側に集約して配置し、シリンダヘッドを小型なものとし、吸気管エアクリーナの採り回しに自由度を与えている。
【００５４】
図８は制御装置５０の機能構成を表すブロック図である。同図において、５１はアイドル判定手段であり、エンジンユニット１がアイドリング状態か否かを判定する。５２は目標カム位置算出手段であり、アイドル判定手段５１によりアイドリング状態であると判定された場合、冷却水温に基づいて算出される目標バルブリフト量に応じて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正する。
【００５５】
また、５６はアイドル時目標エンジン回転数算出手段であり、アイドル判定手段５１によりアイドリング状態であると判定された場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があるかどうかを判定する。５７は点火時期調整手段であり、アイドル時目標エンジン回転数算出手段５６により目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があると判定された場合、点火手段（点火プラグ）７０６を制御して点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う。
【００５６】
５３は目標カム位置補正手段であり、点火時期調整手段５７による点火時期の進角調整或いは遅角調整に必要な進角量或いは遅角量が所定の限界量を超えている場合は、点火時期の進角調整或いは遅角調整は行わず、目標カム位置算出手段５２により算出されたアイドリング状態での目標カム位置を補正する。
【００５７】
５４は偏差算出手段であり、最終的に決定された目標カム位置と実際のカム位置との偏差を算出する。５５は制御量算出手段であり、最終的に決定された目標カム位置と実際のカム位置との偏差に応じたフィードバック制御量を算出し、カム位置移動手段（アクセルモータ）４４を制御して、カム位置を目標カム位置までスライドさせる。
【００５８】
以下、図９〜１２のフローチャートを参照して、制御装置５０による制御について詳細に説明する。
図９は制御装置５０での処理動作を示すフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行される。まず、カム位置センサ７０１により実際のカム位置を検出する（ステップＳ１０１）。次に、アイドル判定手段５１にて図１１のフローチャートに示すようにアイドリング状態か否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【００５９】
図１１には、上記ステップＳ１０２におけるアイドリング状態判定処理の詳細なフローチャートを示す。同図に示すように、アクセル開度センサ７０４によりアクセルが全閉状態であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。アクセルが全閉状態でなければ、非アイドリング状態であると判定する（ステップＳ３０７）。それに対して、アクセルが全閉状態であれば、車速がゼロ（即ち、停車中）であるか（ステップＳ３０２）、変速装置がニュートラル位置であるか（ステップＳ３０３）、クラッチが切断されているか（ステップＳ３０４）、センタースタンド１２４が使用中であるか（ステップＳ３０５）を判定し、すべての条件が外れた場合に非アイドリング状態であると判定し（ステップＳ３０７）、いずれかの条件が成立した場合にアイドリング状態であると判定する（ステップＳ３０６）。
【００６０】
図９のフローチャートに説明を戻して、続いてエンジン回転数センサ７０２からの信号の周期計測により実際のエンジン回転数ＮＥを算出する（ステップＳ１０３）。
【００６１】
ここで、上記ステップＳ１０２でアイドリング状態であると判定された場合に、アイドル時目標エンジン回転数算出手段５６、点火調整手段５７にて図１０のフローチャートに示すように点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う。図１０に示すように、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭよりも許容量αを超えて大きい場合（ステップＳ２０１）、これまでの遅角量が遅角限界量Ａに達していないことを条件に（ステップＳ２０２）、点火時期を遅角してエンジン回転数を補正する（ステップＳ２０３）。これまでの遅角量が遅角限界量Ａに達しているならば（ステップＳ２０２）、点火時期を遅角せず、リフト量を減らす方向にカム位置を変更する必要があることを表すフラグ「１」に設定する（ステップＳ２０４）。
【００６２】
また、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭよりも許容量βを超えて小さい場合（ステップＳ２０５）、これまでの進角量が進角限界量Ｂに達していないことを条件に（ステップＳ２０６）、点火時期を進角してエンジン回転数数を補正する（ステップＳ２０７）。これまでの進角量が進角限界量Ｂに達しているならば（ステップＳ２０６）、点火時期を進角せず、リフト量を増やす方向にカム位置を変更する必要があることを表すフラグ「２」に設定する（ステップＳ２０８）。
【００６３】
なお、実際のエンジン回転数ＮＥが目標エンジン回転数ＮＥＭに対して許容量α、βの範囲内にある場合は（ステップＳ２０１、Ｓ２０５）、そのまま処理を抜ける。
【００６４】
図９のフローチャートに説明を戻して、次に目標カム位置算出手段５２にて図１２のフローチャートに示すように目標カム位置を算出する（ステップＳ１０４）。
【００６５】
図１２には、上記ステップＳ１０４における目標カム位置算出処理の詳細なフローチャートを示す。同図に示すように、アイドル判定時であれば（ステップＳ４０１）、冷却水温に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正する（ステップＳ４０２）。例えば、冷却水温が低い場合、吸気量を増加させるべくリフト量を大きくするように目標カム位置を求め（図５、６の例でいえば、カム高さの高いカム部１３ｂ1）、さらに大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温が低いようであれば、リフト量を増やすよう目標カム位置を補正する。
【００６６】
次に、図１０に示した点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理においてカム位置変更必要フラグが設定されたか否かを判定し、カム位置変更必要フラグが「１」に設定されていれば（ステップＳ４０４）、リフト量を減らす方向にカム位置を変更するよう目標カム位置を補正し（ステップＳ４０５）、カム位置変更必要フラグが「２」に設定されていれば（ステップＳ４０４）、リフト量を増やす方向にカム位置を変更するよう目標カム位置を補正する（ステップＳ４０７）。その後、カム位置変更必要フラグを「０」に設定しなおして（ステップＳ４０８）、処理を抜ける。
【００６７】
一方、非アイドル判定時であれば（ステップＳ４０１）、アクセル開度、エンジン回転数に応じて目標カム位置を求める。なお、非アイドル判定時には、図１０に示した点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理は行われないので、カム位置変更必要フラグが「０」のままである。
【００６８】
図９のフローチャートに説明を戻して、偏差算出手段５４にて上記ステップＳ１０４で最終的に決定された目標カム位置と上記ステップＳ１０１で検出された実際のカム位置との偏差を算出し（ステップＳ１０５）、制御量算出手段５５にて偏差に応じたフィードバック制御量を算出する（ステップＳ１０６）。本実施形態では偏差を累積するＰＩ（比例積分）制御量を算出するようにしているが、他の算出方法であってもよい。
【００６９】
このようにして算出されたフィードバック制御量に基づいてアクセルモータ４４を制御して、カム１３を目標カム位置までスライドさせる（ステップＳ１０７）。
【００７０】
以上述べたエンジンの制御装置によれば、アイドル判定時には、エンジンユニット１の温度条件（冷却水温）に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、ＡＴＦ温、吸気温に応じて補正するようにしたので、アイドリング状態での吸入空気量のばらつきを抑え、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりすることがないようにして安定化を図ることができる。
【００７１】
しかも、アイドリング状態での目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があると判定された場合、点火時期の進角調整或いは遅角調整を行うようにしたので、吸入空気量を制御する際にエンジン回転のハンチングが生じないようにすることができる。この場合に、必要な進角量（或いは遅角量）が所定の限界量Ｂ（或いはＡ）を超えているときには、点火時期の進角調整（或いは遅角調整）は行わず、リフト量を増やす（或いは減らす）ようアイドリング状態での目標カム位置を補正するようにしたので、点火時期を過度に進角（或いは遅角）することがなく、出力の変動を少なくし、排気ガスの変動を少なくすることができる。
【００７２】
さらに、上記実施形態で説明した制御に加えて、アイドリング状態で目標カム位置を算出してカム１３をスライドさせる処理周期を、非アイドリング状態で目標カム位置を算出してカム１３をスライドさせる処理周期よりも長くしたり、アイドリング状態で目標カム位置にカム１３をスライドさせる速度を、非アイドリング状態で目標カム位置にカム１３をスライドさせる速度よりも遅くしたりすることにより、アイドリング時における燃焼状態の変化率が過度になりすぎないようにして、エンジン回転数のばらつきを軽減させることができる。また、アイドリング状態では目標カム位置の変化量、即ちバルブリフト量の変化量が一定値を超えないよう制限するようにしてもよい。
【００７３】
また、アイドリング状態でのカム位置を、そのときのエンジンの温度条件に関連付けて記憶していき、次に同一又は近似の温度条件があった場合には、その記憶されたカム位置を利用するようにしてもよい。これにより、制御手段５０での算出処理の負担を軽減させることができる。また、例えば予め決められたカム位置とエンジンの温度条件との関連付けを同型のエンジンに対して一律に適用する場合に比べれば、エンジンごとに最適なカム位置が決定されるので、製造時に生じるエンジンの固体差による影響を吸収し、メカロスを増大させないようにすることができる。
【００７４】
以上、本発明を種々の実施形態とともに説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、上記実施形態として本発明を自動二輪車に適用した例を説明したが、四輪自動車等のエンジンに対しても有効に適用可能である。図１１のフローチャートで説明したアイドリング状態判定処理では、センタースタンド１２４が使用中であるかを判定しているが（ステップＳ３０５）、四輪自動車等に適用する場合は、その条件を省けばよい。
【００７５】
なお、上記実施形態の制御装置５０はコンピュータ（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）が記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムにより上記実施の形態で説明した各機能が実現されることとなり、そのプログラム自体が本発明を構成する。プログラムを供給するための記憶媒体としては、ＲＯＭ、フロッピー（Ｒ）ディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えばアイドルリング状態と判定された場合に、エンジンの温度条件に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、エンジン油温、オートマチックトランスミッションフルード温、吸気温等に応じて補正するようにしたので、アイドリング状態での吸入空気量のばらつきを抑え、エンジン回転が吹き上がったり、逆にストールしたりすることがないようにして安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用例に係るエンジンまわりを含む自動二輪車の構成例を示す図である。
【図２】動弁機構の要部を示す平面一部断面図である。
【図３】動弁機構の要部を示す側面（図２の矢印III方向）一部断面図である。
【図４】動弁機構の要部を示す側面（図２の矢印IV方向）一部断面図である。
【図５】カム１３の斜視図、正面図、及び側面図である。
【図６】カム１３の３次元カム構成諸元の具体例を示す図である。
【図７】制御装置５０まわりの構成を示す図である。
【図８】制御装置５０の機能構成を表すブロック図である。
【図９】制御装置５０での処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】点火時期の進角調整或いは遅角調整の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】アイドリング状態判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１２】目標カム位置算出処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジンユニット
２ シリンダヘッド
１０ カム／カムシャフトユニット
１１ カムシャフト
１３ カム
２０ タペットユニット
２１ タペットローラ
３０ バルブユニット
４０ アクセルシャフトユニット
４１ アクセルシャフト
４２ アクセルフォーク
４３ ドリブンギヤ
４４ アクセルモータ
５０ 制御装置
５１ アイドル判定手段
５２ 目標カム位置算出手段
５３ 目標カム位置補正手段
５４ 偏差算出手段
５５ 制御量算出手段
５６ アイドル時目標エンジン回転数算出手段
５７ 点火時期調整手段
７０１ カム位置センサ
７０２ エンジン回転数センサ
７０３ 冷却水温センサ
７０４ アクセル開度センサ
７０５ 点火制御装置
７０６ 点火プラグ
Claims (6)
- カムプロフィールが軸方向および周方向に連続的に変化するカムを電動モータによりカムシャフトの軸方向にスライドさせて、バルブのリフト量、リフトタイミングおよび最大リフト時の位相を無段連続的に可変制御する動弁機構を備えたエンジンの制御装置であって、
前記電動モータを制御してカムをスライドさせる制御手段と、
エンジンがアイドリング状態か否かを判定するアイドル判定手段と、
上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、エンジンの冷却水温に基づいて目標カム位置を求め、その目標カム位置を大気圧、オートマチックトランスミッションフルード温、吸気温の少なくともいずれかに応じて補正する目標カム位置算出手段とを備え、
アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度を、非アイドリング状態で目標カム位置に上記カムをスライドさせる速度よりも遅くすることでアイドリング状態におけるバルブリフト量、バルブタイミングおよび最大リフト時の位相の変化を緩慢にすることを特徴とするエンジンの制御装置。 - 上記アイドル判定手段によりアイドリング状態であると判定された場合に、目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との間に許容範囲以上の差があるとき、点火時期の進角調整或いは遅角調整を行う点火時期調整手段を備え、
上記点火時期調整手段による点火時期の進角調整或いは遅角調整に必要な進角量或いは遅角量が所定の限界量を超えている場合は、点火時期の進角調整或いは遅角調整を一切行わず、上記目標カム位置算出手段により算出されたアイドリング状態での目標カム位置を、バルブリフト量を増やす或いは減らすよう補正する目標カム位置補正手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。 - 自動二輪車のエンジンに利用されるものであり、上記アイドル判定手段は、アクセルが全閉状態である条件と、車速がゼロである、変速装置がニュートラル位置である、クラッチが切断されている、センタースタンドが使用中である、のうちいずれかが成立する条件とが共に成立したときにアイドリング状態であると判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置。
- 上記アイドル判定手段によりアイドリング状態でないと判定された場合、上記目標カム位置算出手段は、アクセル開度に基づいて目標カム位置を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
- 上記カムにおいて主カム面にアイドル時用カム面が付設されており、上記目標カム位置算出手段はアイドリング状態での目標カム位置を上記アイドル時用カム面の範囲で決定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
- アイドリング状態でのカム位置を、そのときのエンジンの温度条件に関連付けて記憶していく記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
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