JP4314125B2 - アイドル回転数制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドル時に吸気量調節バルブの開度調節又は可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角の調節により内燃機関の回転数を目標回転数に制御するアイドル回転数制御装置に関する。

内燃機関のアイドル時において、内燃機関出力により直接的あるいは間接的に駆動される補機、例えばエアコン、パワーステアリング、あるいはヘッドライト等がオン操作され、内燃機関に対する補機負荷が非発生状態から発生状態へと変化する場合がある。

このような場合には負荷発生により内燃機関回転数は低下しようとするので、アイドル回転数制御により内燃機関の出力トルクが増加され補機負荷発生に対抗して予め設定されている目標回転数に制御される。具体的には、スロットルバルブやＩＳＣＶ（アイドルスピードコントロールバルブ）等の吸気量調節バルブを自動的に制御して吸入空気量を増加することで補機負荷の発生に対抗している。

しかし単にフィードバック量のみで補機負荷発生に対抗していると燃焼室内に吸い込まれる吸入空気量の迅速な増加が十分ではないので、通常は、補機負荷発生時に、見込み量として補機負荷に対応した分の開度補正を、吸気量調節バルブに対して実行している。このことにより吸気量調節バルブの開度を、補機負荷に対応する開度に迅速に調節している。

このような吸気量調節バルブによるアイドル時の吸入空気量調節以外に、吸気バルブのリフト量あるいは作用角の変更により吸入空気量を調節する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この技術では補機負荷発生時に吸気充填効率を高めるために、吸気通路のソレノイド電磁弁は動作させずに、吸気バルブのバルブ開特性を変更している。
特開平８−３３８２７３号公報（第５頁、図７）

しかし、前者のごとく補機負荷の発生時に吸気量調節バルブの開度を見込み量だけ開いても、吸気量調節バルブから吸気バルブまでの吸気通路のボリュームは比較的大きいので、実際に燃焼室へ見込み量に相当する吸気増加分が吸入されるまでには無視できない遅れが生じる。このため補機負荷発生時に内燃機関出力トルクが迅速に上昇せずに内燃機関回転数が低下してしまい、一時的に機関回転が不安定となったり、負荷の増加程度によってはエンジンストールを生じるおそれがある。

又、後者のごとくバルブ開特性を変更して吸気充填効率を増加する場合、この増加は特に吸気量調節バルブを通過して吸気バルブ側に流れてくる吸気を利用しているので、吸気量を余り大きく変化できない。このため負荷の増加程度によっては吸気充填効率の増加では不十分であり、結局、フィードバックによる吸気量調節バルブの開度増加を待たなくてはならない。このため、吸気量調節バルブの開度が十分に増加する前に、内燃機関回転数が低下して、吸気バルブによる見込み量増加の場合と同様に一時的に内燃機関回転が不安定となったり、負荷の増加程度によってはエンジンストールを生じるおそれがある。

このことは、補機負荷の消滅時についても同じである。すなわち補機負荷が消滅する時に吸気量調節バルブの開度が見込み量だけ閉じられても前述したごとくに遅れが生じて、補機負荷消滅に対して内燃機関出力トルクが迅速に対応せず内燃機関回転数が急上昇するおそれがある。

又、バルブ開特性を変更して吸気充填効率を減少しても、バルブ開特性状態や負荷の減少程度によっては前述したごとくフィードバックによる吸気量調節バルブの開度減少を待たなくてはならず、やはり内燃機関回転数が急上昇するおそれがある。

本発明は、アイドル回転数制御において補機負荷発生状態の変化時における内燃機関回転の不安定化を防止することを目的とするものである。

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。
請求項１に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置は、内燃機関の吸気通路において吸入空気量を調節する吸気量調節バルブと内燃機関の吸気バルブのリフト量あるいは作用角を無段階に調節する可変動弁機構とを直列に備えて、アイドル時に前記吸気量調節バルブの開度調節又は前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角の調節により内燃機関の回転数を目標回転数に制御するアイドル回転数制御装置であって、内燃機関に対する補機負荷発生状態を判定する補機負荷判定手段と、内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷発生状態が変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に変化させ、その後に、吸気バルブのリフト量あるいは作用角を、補機負荷発生状態の変化前の調節レベルに徐々に復帰させることで、補機負荷発生状態の変化に対応する吸入空気量を燃焼室に供給する補機負荷変化時吸気量調節手段とを備えたことを特徴とする。

このように補機負荷変化時吸気量調節手段は、内燃機関のアイドル時に補機負荷判定手段にて補機負荷発生状態が変化したと判定された場合には、吸気量調節バルブの開度と吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に変化させている。このことで負荷発生状態の変化に対応する吸入空気量を燃焼室に供給している。

吸気バルブのリフト量あるいは作用角を変化した場合には、最終的には吸気量を余り大きく変化できない。しかし吸気バルブのリフト量あるいは作用角の変化により、吸気量調節バルブから吸気バルブまでに既に存在する吸気が利用されることで、リフト量あるいは作用角の変化直後において一時的ではあるが吸気バルブから燃焼室内に吸入される吸気量への流量が極めて迅速に変化することが判明した。

したがって吸気量調節バルブの開度と吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に変化させることで、まず補機負荷発生状態の変化初期においては、吸気バルブのリフト量あるいは作用角の変化に伴う効果により燃焼室内の吸入空気量を迅速に変更することができる。

そしてこの吸気バルブのリフト量あるいは作用角の変化による一時的な吸入空気量変化の効果が減少しても、引き継いで吸気量調節バルブの開度変化による吸入空気量の変化が吸気バルブ位置にも影響してくる。このことにより吸気バルブによる一時的な吸入空気量変化の効果が減少しても、補機負荷発生状態の変化に対応した吸入空気量状態を継続させることができる。

このことによりアイドル回転数制御において補機負荷発生状態の変化時における内燃機関回転の不安定化を防止することができる。

ここで、吸気量調節バルブにより燃焼室への吸入空気量の最大量は決定されるので、吸気バルブのリフト量あるいは作用角の変化は、補機負荷発生状態の変化初期において実現されれば良く、その後は、変化前の位置に戻しても良い。以後においては、吸気量調節バルブ又は吸気バルブのリフト量あるいは作用角に対するフィードバック制御により、その後の吸入空気量の調節は問題なく行われるからである。

又、徐々に戻されるので、この間の内燃機関回転不安定も防止できる。
請求項２に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置では、請求項１において、前記補機負荷変化時吸気量調節手段は、内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷が非発生状態から発生状態へ変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、発生した補機負荷に対応した調節量分増加させることで、燃焼室に供給する吸入空気量を増加することを特徴とする。

より具体的には、補機負荷が非発生状態から発生状態へ変化した場合には、補機負荷変化時吸気量調節手段は吸気量調節バルブの開度と可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、発生した補機負荷に対応した調節量分増加させる。このことにより燃焼室に供給する吸入空気量を迅速に増加でき、内燃機関回転数低下による不安定化を招くことがない。

又、この場合、可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角の増加変化後に、補機負荷発生状態の変化前の調節レベルに吸気バルブのリフト量あるいは作用角を減少復帰させれば、内燃機関のポンピング損失も低減でき、燃費的に有利となる。

請求項３に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置では、請求項１又は２において、前記補機負荷変化時吸気量調節手段は、内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷が発生状態から非発生状態へ変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、消滅した補機負荷に対応した調節量分減少させることで、燃焼室に供給する吸入空気量を減少することを特徴とする。

より具体的には、補機負荷が発生状態から非発生状態へ変化した場合には、補機負荷変化時吸気量調節手段は吸気量調節バルブの開度と可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、消滅した補機負荷に対応した調節量分減少させる。このことにより燃焼室に供給する吸入空気量を迅速に減少でき、内燃機関回転数の急上昇による不安定化を招くことがない。

請求項４に記載の内燃機関のアイドル回転数制御装置では、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記可変動弁機構は、リフト量と作用角との両方を調節する機構であることを特徴とする。

このように可変動弁機構は、リフト量と作用角とを単独で調節するのではなく、両方を調節する機構であっても良い。この場合には、リフト量と作用角とが同時に増減するので、補機負荷発生状態の変化初期において、吸気量調節バルブから吸気バルブまでの吸気を利用して燃焼室内の吸入空気量を一層迅速に変更させることができる。

［実施の形態１］
図１は、車両に搭載された内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と略す）２、及び制御装置としての電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」と称す）４の概略構成図を示している。エンジン２は複数気筒エンジン、ここでは４気筒エンジンであり、この内の１気筒についての可変動弁系を図２の縦断面図に示す。各気筒には吸気バルブ２ａと排気バルブ２ｂとが各２つ設けられて、４バルブエンジンとして構成されている。尚、気筒数は３気筒でも、６気筒以上の気筒数でも良く、更に２バルブエンジンでも３バルブ以上のマルチバルブエンジンでも良い。

エンジン２の出力は変速機を介して最終的に車輪に走行駆動力として伝達される。エンジン２には、ピストン６、シリンダブロック８及びシリンダヘッド１０により区画された燃焼室１２が形成されている。シリンダヘッド１０には各燃焼室１２内の混合気に点火するために点火プラグ１４及び各燃焼室１２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６（図１）が設けられている。尚、燃料噴射弁１６は燃焼室１２に接続している各吸気ポート１８に燃料を噴射するものであっても良い。

吸気ポート１８は吸気バルブ２ａの駆動により開閉され、この吸気ポート１８に接続された各吸気通路２０はサージタンク２２に接続されている。サージタンク２２の上流側の吸気通路２３にはモータ２４によって開度（スロットル開度ＴＡ）が調節されるスロットルバルブ２６が設けられている。このスロットル開度ＴＡの制御により吸入空気量ＧＡを調節している。スロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ２８により検出されＥＣＵ４に読み込まれている。吸入空気量ＧＡはスロットルバルブ２６の上流側に設けられた吸入空気量センサ３０により検出され、吸気温ＴＨＡはスロットルバルブ２６の上流側に設けられた吸気温センサ３２により検出されてＥＣＵ４に読み込まれている。

燃焼室１２に接続している排気ポート３４は排気バルブ２ｂの駆動により開閉される。排気ポート３４に接続された排気通路３６の途中には排気浄化用触媒コンバータ３８が配置されている。この排気浄化用触媒コンバータ３８の上流側の排気通路３６に設けられた空燃比センサ４０により、排気通路３６における排気成分に基づいて空燃比ＡＦが検出され、ＥＣＵ４に読み込まれている。

ＥＣＵ４はデジタルコンピュータを中心として構成されているエンジン制御回路である。このＥＣＵ４は、上述したスロットル開度センサ２８、吸入空気量センサ３０、吸気温センサ３２、空燃比センサ４０以外にもエンジン２の運転状態を検出するセンサ類から信号を入力している。具体的にはアクセルペダル４２の踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）を検出するアクセル開度センサ４４、クランクシャフト６ａの回転からエンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ４６、及び吸気カムシャフトの回転から基準クランク角を決定する基準クランク角センサ４８から信号を入力している。又、吸気バルブ２ａの作用角を検出するためのスライドセンサ５０、エンジン冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ５２からも信号を入力している。又、エンジン２により駆動されるエアコンをオン・オフするためのエアコンスイッチ５３からも信号を入力している。更に上述したセンサ以外にも各種のデータを検出するセンサが設けられている。

ＥＣＵ４は、上述した各センサからの検出内容に基づいて、燃料噴射弁１６、スロットルバルブ用モータ２４あるいは点火プラグ１４に対する制御信号によりエンジン２の燃料噴射時期、燃料噴射量、スロットル開度ＴＡ及び点火時期等を適宜制御する。更にＥＣＵ４は、エンジン２の運転状態、例えばエンジン回転数ＮＥと負荷（吸入空気量ＧＡあるいはアクセル開度ＡＣＣＰ）とに基づいて、可変動弁機構５４に対して制御信号を出力することにより、吸気バルブ２ａの作用角、リフト量及びバルブタイミングを調節している。

可変動弁機構５４はバルブ作用角調節機構５６とバルブタイミング調節機構５８とから構成されている。
バルブ作用角調節機構５６は図２に示したごとく仲介駆動機構６０を備えている。この仲介駆動機構６０は、コントロールシャフト８２をアクチュエータにて軸方向に移動させることにより、ローラアーム６６ｄとノーズ７０ｄとの位相差を変更できる。この位相差変更制御により吸気カムシャフト６４の回転により生じる吸気カム６４ａの駆動量の程度を調節して、ローラロッカーアーム６２に伝達している。このことにより吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とが同時に調節される。

このバルブ作用角調節機構５６により、図３の(Ａ)に示すごとく、吸気バルブ２ａの作用角は最小作用角θｍｉｎから最大作用角θｍａｘ、これに連動してリフト量については最小リフト量Ｌｍｉｎから最大リフト量Ｌｍａｘの範囲で無段階に調節可能である。

バルブタイミング調節機構５８は、クランクシャフト６ａに対する吸気カムシャフト６４の位相を、タイミングスプロケット部分での油圧制御により変更するものである。例えばベーン式の位相調節機構により油圧制御される。このバルブタイミング調節機構５８により、図３の(Ｂ)に示すごとく、吸気バルブ２ａのバルブタイミングの進角・遅角が無段階に調節可能である。これらバルブ作用角調節機構５６とバルブタイミング調節機構５８との機能を組み合わせることにより、可変動弁機構５４は吸気バルブ２ａの開弁タイミングと閉弁タイミングとをそれぞれ独立して調節することもできる。尚、排気バルブ２ｂについては、図３に示したごとく開弁タイミングはＢＤＣ（下死点）、閉弁タイミングはＴＤＣ（上死点）に固定されている。

上記ＥＣＵ４により実行されるアイドル回転数制御処理を図４のフローチャートに、アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理を図５のフローチャートに示す。各処理はアイドル時において一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。尚、個々の処理内容に対応するフローチャート中のステップを「Ｓ〜」で表す。

アイドル回転数制御処理（図４）について説明する。本処理が開始されると、まず目標エンジン回転数ＮＥｔが設定される（Ｓ１０２）。目標エンジン回転数ＮＥｔには予め準備されている値を設定するが、補機（ここではエアコンが相当する）のオフ（ここではエアコンスイッチ５３のオフ）時とオン（ここではエアコンスイッチ５３のオン）時とでは異なり、補機のオン時では補機負荷に対応してオフ時よりも高い目標エンジン回転数が設定される。

次に補機負荷発生状態に対応したスロットル開度見込み補正量ｄＡが算出される（Ｓ１０４）。補機がオフの場合にはスロットル開度見込み補正量ｄＡ＝０であるが、補機がオンの場合には補機負荷に対応した値がスロットル開度見込み補正量ｄＡに設定される。

次に目標エンジン回転数ＮＥｔと実エンジン回転数ＮＥとの回転数差ΔＮＥ（ＮＥｔ−ＮＥ）に基づいてフィードバック補正量ｄＦが算出される（Ｓ１０６）。例えば、回転数差ΔＮＥに基づくＰＩ制御計算やＰＩＤ制御計算によりフィードバック補正量ｄＦが算出される。尚、積分項Ｉは補機がオンの場合と補機がオフの場合とで別個に計算されている。

次にこのスロットル開度見込み補正量ｄＡ及びフィードバック補正量ｄＦに基づいてスロットル開度制御量が算出される（Ｓ１０８）。
そしてスロットルバルブ用モータ２４を駆動し、スロットル開度ＴＡが上述したごとくに求められたスロットル開度制御量となるように制御される（Ｓ１１０）。こうして一旦本処理を終了する。

このようにしてアイドル時の目標エンジン回転数となるようにスロットルバルブ２６により吸入空気量ＧＡが調節される。
前記アイドル回転数制御処理（図４）と共に実行されるアイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）について説明する。

本処理が開始されると、まず補機負荷発生状態に変化が有ったか否かが判定される（Ｓ１５２）。前回の制御時と比較して補機がオンを継続、あるいはオフを継続している場合には補機負荷発生状態の変化はないので（Ｓ１５２で「ＮＯ」）、このまま一旦本処理を終了する。

前回の制御時と今回の制御時とで補機負荷発生状態に変化が有った場合には（Ｓ１５２で「ＹＥＳ」）、次に前回の制御時に比較して補機負荷が増加したか否かが判定される（Ｓ１５４）。

補機負荷の増加が有った場合には（Ｓ１５４で「ＹＥＳ」）、現在、吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを減少する減少補正処理を実行中か否かが判定される（Ｓ１５６）。この減少補正処理については後述する。

ここで減少補正処理が行われていないとすると（Ｓ１５６で「ＮＯ」）、可変動弁機構５４により吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを増加する増加補正処理がなされ（Ｓ１５８）、一旦本処理を終了する。

通常、ＥＣＵ４は、可変動弁機構５４に対してはエンジン２の運転状態、ここではエンジン回転数ＮＥと負荷（吸入空気量ＧＡあるいはアクセル開度ＡＣＣＰ）とに基づいてマップにより設定されている。ステップＳ１５８の増加補正処理は、前記マップから求められている吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを増加補正することになる。

例えば図６に示すごとく、通常のマップから求められている吸気バルブ２ａの状態が中間の作用角θｂ及びリフト量Ｌｂであるとすると、増加補正により作用角θｃ及びリフト量Ｌｃに変更することになる。尚、本実施の形態では、バルブ作用角調節機構５６のみでなくバルブタイミング調節機構５８も駆動することで、開弁タイミングについては増加処理の前後で変化しないようにしている。

次の制御周期では、補機がオンを継続しているとすると（Ｓ１５２で「ＮＯ」）、このまま一旦本処理を終了する。以後、アイドル状態と補機オン状態が継続していれば、アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）では実質的な処理はなされない。

そして同じアイドル状態にて補機がオフに切り替えられると、補機負荷発生状態の変化が有るので（Ｓ１５２で「ＹＥＳ」）、次に補機負荷の増加か否かが判定される（Ｓ１５４）。ここでは補機負荷の減少であるので（Ｓ１５４で「ＮＯ」）、次に現在、吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを増加する増加補正処理を実行中か否かが判定される（Ｓ１６０）。

前述したごとく、現在、増加補正処理を実行中であるので（Ｓ１６０で「ＹＥＳ」）、吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを補正していない状態に戻す処理を実行する（Ｓ１６４）。すなわち前記マップ値に対する補正量をクリアして「０」に戻す処理を行う。このことにより吸気バルブ２ａの状態は、図６に示した中間の作用角θｂ及びリフト量Ｌｂに戻る。

以後、同一のアイドル状態にて補機のオン・オフが切り替わる毎に上述したごとく増加補正処理（Ｓ１５８）と戻し処理（Ｓ１６４）とを繰り返すことになる。
この状態を図７のタイミングチャートに示す。アイドル時においてエアコンがオフからオンに切り替わる（ｔ０）と、見込み量によりスロットル開度もステップ的に上昇するが、ステップＳ１５８の実行により作用角もリフト量も同時にステップ的に大きくなる。このためエアコンオフからオンへの切り替え直後では作用角とリフト量との増加により、スロットルバルブ２６から吸気バルブ２ａにおける吸入空気量に基づいて燃焼室１２内への吸入空気量は迅速に増加する。ただしこの作用角とリフト量との増加による燃焼室１２内への吸入空気量の増加は一時的なものでありピークを過ぎると吸入空気量の増加効果は小さくなる。

しかし作用角とリフト量との増加による燃焼室１２内への吸入空気量の増量効果が存在する内に、スロットルバルブ２６が見込み量にてステップ的に開いた分がサージタンク２２を経て燃焼室１２に影響してくる。このため吸入空気量のステップ的増加状態を以後も維持することができる。

そして同じアイドル状態においてエアコンがオンからオフに切り替わる（ｔ１）と、見込み量がなくなってスロットル開度もステップ的に下降するが、作用角もリフト量も同時にステップ的に小さくなる。このためオンからオフへの切り替え直後では作用角とリフト量との減少により、燃焼室１２内への吸入空気量は迅速に減少する。ただしこの作用角とリフト量との減少による燃焼室１２内への吸入空気量の減少は一時的なものでありピークを過ぎると吸入空気量の減少効果は小さくなる。

しかし作用角とリフト量との減少による燃焼室１２内への吸入空気量の減少効果が存在する内に、スロットルバルブ２６が見込み量にてステップ的に閉じた分がサージタンク２２を経て燃焼室１２に影響してくる。このため吸入空気量のステップ的減少状態を以後も維持することができる。

もし作用角とリフト量とをスロットル開度ＴＡと同時に大きくしない場合には、図７に破線で示すごとく吸入空気量の変化が鈍く、エアコンのオン時（ｔ０）ではエンジンストールの危険性が生じ、エアコンのオフ時（ｔ１）ではエンジン回転の吹き上がりのおそれがある。

次にアイドル前に補機がオンとなっており、アイドル状態となってから補機のオフが有った場合について説明する。この場合には（図５：Ｓ１５４で「ＮＯ」）、現在、増加補正処理を実行中か否かが判定される（Ｓ１６０）。この増加補正処理はステップＳ１５８にて述べた処理である。

ここで増加補正処理が行われていないとすると（Ｓ１６０で「ＮＯ」）、可変動弁機構５４により吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを減少する減少補正処理がなされ（Ｓ１６２）、一旦本処理を終了する。

このステップＳ１６２の減少補正処理は、前記マップから求められている吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを減少補正することになる。
例えば図６に示すごとく、通常のマップから求められている吸気バルブ２ａの状態が、中間の作用角θｂ及びリフト量Ｌｂであるとすると、減少補正により、作用角θａ及びリフト量Ｌａに変更することになる。尚、本実施の形態では、バルブ作用角調節機構５６のみでなくバルブタイミング調節機構５８も駆動することで、開弁タイミングについては減少処理の前後で変化しないようにしている。

次の制御周期では、補機オフを継続しているとすると（Ｓ１５２で「ＮＯ」）、このまま一旦本処理を終了する。以後、アイドル状態と補機オフ状態が継続していれば、アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）では実質的な処理はなされない。

そして同じアイドル状態にて補機がオンに切り替えられると、補機負荷発生状態の変化が有るので（Ｓ１５２で「ＹＥＳ」）、次に補機負荷の増加か否かが判定される（Ｓ１５４）。ここで補機負荷の増加であるので（Ｓ１５４で「ＹＥＳ」）、次に、現在、減少補正処理を実行中か否かが判定される（Ｓ１５６）。

前述したごとく、現在、減少補正処理を実行中であるので（Ｓ１５６で「ＹＥＳ」）、吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを補正していない状態に戻す処理を実行する（Ｓ１６４）。すなわち前記マップ値に対する補正量をクリアして「０」に戻す処理を行う。

以後、同一のアイドル状態にて補機のオフ・オンが切り替わる毎に上述したごとく減少補正処理（Ｓ１６２）と戻し処理（Ｓ１６４）とを繰り返すことになる。
この状態を図８のタイミングチャートに示す。尚、アイドル時においてエアコンがオンからオフに切り替わった時（ｔ１０）についての説明は、前記図７における時刻ｔ１での説明と同じであり、オフからオンに戻った時（ｔ１１）についての説明は、前記図７における時刻ｔ０での説明と同じである。

上述した構成において、請求項との関係は、スロットルバルブ２６が吸気量調節バルブに相当する。アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）のステップＳ１５２が補機負荷判定手段としての処理に、アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）のステップＳ１５２以外の処理とアイドル回転数制御処理（図４）のステップＳ１０４とが補機負荷変化時吸気量調節手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態１によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．アイドル時にエアコンスイッチ５３の信号に基づいて補機負荷発生状態が変化したと判定された場合には、スロットル開度ＴＡと吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量とを共に変化させている。

具体的には、補機負荷が非発生状態から発生状態へ変化した場合には、スロットル開度ＴＡと吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量とを共に、発生した補機負荷に対抗できる調節量分増加させる。このことにより燃焼室１２に供給する吸入空気量を迅速に増加でき、エンジン回転数低下による不安定化を招くことがない。

（ロ）．補機負荷が発生状態から非発生状態へ変化した場合には、スロットル開度ＴＡと吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量とを共に、消滅した補機負荷に対応した調節量分減少させる。このことにより燃焼室１２に供給する吸入空気量を迅速に減少でき、エンジン回転数の急上昇による不安定化を招くことがない。又、この場合、吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量の減少によりエンジンのポンピング損失も低減でき、燃費的に有利となる。

［実施の形態２］
本実施の形態では、補機負荷発生状態の変化に伴って、スロットル開度ＴＡと共に、吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量を増加あるいは減少補正した場合に、その後、時間経過とともに、吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量については補機負荷発生状態の変化前の調節レベルに戻す処理を実行する。したがってアイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図５）の代わりに、図９に示すアイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理を実行する。これ以外のアイドル回転数制御処理（図４）やその他のハード構成については前記実施の形態１と同じであるので、図１〜４を参照する。

アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図９）について説明する。本処理はアイドル時において一定の時間周期で繰り返し実行される処理である。
アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図９）処理が開始されると、まず補機負荷発生状態の変化が有ったか否かが判定される（Ｓ２５２）。前回の制御時と比較して補機オンが継続、あるいは補機オフが継続している場合には補機負荷発生状態の変化はないので（Ｓ２５２で「ＮＯ」）、次に補正減衰処理完了か否かが判定される（Ｓ２６０）。この補正減衰処理は後述するごとく、吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量の増加補正あるいは減少補正により補正されている場合に実行される処理である。ここで未だ増加補正あるいは減少補正がなされていない、又は補正減衰処理が完了しているとすると（Ｓ２６０で「ＹＥＳ」）、このまま一旦本処理を終了する。

前回制御時と今回制御時との間で補機負荷発生状態の変化が有った場合には（Ｓ２５２で「ＹＥＳ」）、次に前回制御時に比較して補機負荷が増加したか否かが判定される（Ｓ２５４）。補機負荷の増加が有った場合には（Ｓ２５４で「ＹＥＳ」）、可変動弁機構５４により吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを増加する増加補正処理がなされ（Ｓ２５６）、一旦本処理を終了する。

この増加補正処理は、前記実施の形態１のステップＳ１５８にて説明したごとくであり、マップから求められている吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを増加することになる。この状態を図１０のタイミングチャート（ｔ２０）に示す。

次の制御周期では、補機オンが継続しているとすると（Ｓ２５２で「ＮＯ」）、補正減衰処理完了か否かが判定される（Ｓ２６０）。ここでは直前の制御周期で増加補正処理（Ｓ２５６）が実行されて吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とが増加補正されているので補正減衰処理は完了していないと判定される（Ｓ２６０で「ＮＯ」）。このことにより補正減衰処理が実行される（Ｓ２６２）。

この補正減衰処理は、図１０のタイミングチャートに示すごとく、しばらく増加補正量を維持した後（ｔ２０〜ｔ２１）、時間経過あるいはエンジン累積回転数の増加に伴って、次第に補正量を「０」まで減衰させる処理を行う。尚、この補正減衰処理では、吸入空気量に急激な変化を与えずに出来るだけ早期に減衰できる減衰速度で、補正量の減衰が実行されている。

この補正減衰処理の後、一旦本処理を終了する。以後の制御周期では、補正量が「０」となっていない間（図１０：ｔ２１〜ｔ２２）は、ステップＳ２６０にて「ＮＯ」と判定されて、補正減衰処理（Ｓ２６２）を継続することになる。

そして増加補正量が「０」となれば（ｔ２２）、補正減衰処理が完了したので（Ｓ２６０で「ＹＥＳ」）、このまま本処理を一旦終了するようになる。
その後、補機オフとなった場合には補機負荷発生状態の変化が有ったので（Ｓ２５２で「ＹＥＳ」）、次に前回制御時に比較して補機負荷が増加したか否かが判定される（Ｓ２５４）。補機負荷の減少であるので（Ｓ２５４で「ＮＯ」）、可変動弁機構５４により吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを減少する減少補正処理がなされ（Ｓ２５８）、一旦本処理を終了する。

この減少補正処理は、前記実施の形態１のステップＳ１６２にて説明したごとくであり、マップから求められている吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とを減少することになる。この状態を図１０のタイミングチャート（ｔ２３）に示す。

次の制御周期では、補機オフが継続しているとすると（Ｓ２５２で「ＮＯ」）、補正減衰処理完了か否かが判定される（Ｓ２６０）。ここでは直前の制御周期で減少補正処理（Ｓ２５８）が実行されて吸気バルブ２ａの作用角とリフト量とが減少補正されているので補正減衰処理は完了していないと判定される（Ｓ２６０で「ＮＯ」）。したがって次に前述したごとくの補正減衰処理が実行される（Ｓ２６２）。

すなわち図１０のタイミングチャートに示すごとく、しばらく減少補正量を維持した後（ｔ２３〜ｔ２４）、時間経過あるいはエンジン累積回転数の増加に伴って、次第に補正量を「０」まで減衰させる処理を行う。

この補正減衰処理の後、一旦本処理を終了する。以後の制御周期では、補正量が「０」となっていない間（図１０：ｔ２４〜ｔ２５）は、ステップＳ２６０にて「ＮＯ」と判定されて、補正減衰処理（Ｓ２６２）を継続することになる。

そして減少補正量が「０」となれば（ｔ２５）、補正減衰処理が完了したので（Ｓ２６０で「ＹＥＳ」）、このまま本処理を一旦終了するようになる。
このような処理により、前記実施の形態１の図７，８にて説明したと同様のメカニズムにより補機負荷発生状態の変化に対応して迅速に吸入空気量を変更することができる。

上述した構成において、請求項との関係は、アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図９）のステップＳ２５２が補機負荷判定手段としての処理に相当する。アイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理（図９）のステップＳ２５２以外の処理とアイドル回転数制御処理（図４）のステップＳ１０４とが補機負荷変化時吸気量調節手段としての処理に相当する。

以上説明した本実施の形態２によれば、以下の効果が得られる。
（イ）．前記実施の形態１のごとく補機負荷発生状態が変化したと判定された場合には、スロットル開度ＴＡと吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量とを共に変化させているので、燃焼室１２に供給する吸入空気量を迅速に変化させることができ、エンジン回転の不安定化を招くことがない。

特に、吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量の増加変化後では、補機負荷発生状態の変化前の調節レベルに減少復帰させているので、エンジンのポンピング損失も低減でき、燃費的に有利となる。

しかも補機負荷の発生時も消滅時も、一旦変化させた吸気バルブ２ａの作用角及びリフト量を徐々に復帰させているので、この復帰の間にエンジン回転を不安定化することがない。

［その他の実施の形態］
（ａ）．前記各実施の形態においては、補機負荷発生状態の変化時に吸気バルブの作用角とリフト量とを変化させる際には、吸気バルブの開弁タイミングは維持されるようにバルブタイミング調節機構も駆動していた。これ以外に図１１に示すごとく、吸気バルブの開弁タイミングの維持は考慮せずに吸気バルブの作用角とリフト量とを変更しても良い。

（ｂ）．前記各実施の形態においては、補機負荷発生状態の変化時に吸気バルブの作用角とリフト量との両方を変更していたが、図１２に示すごとく作用角は一定で、リフト量のみ変更しても良い。これとは逆に図１３に示すごとくリフト量は一定で、作用角のみ変更しても良い。尚、図１２，１３の動作をする例については、図２に示したごとくの仲介駆動機構６０ではなく、吸気カムとして、軸方向にプロフィールが異なる３次元カムを用い、吸気カムシャフトを軸方向に駆動することで実現することができる。

又、図２に示したごとくの仲介駆動機構６０ではなく、吸気バルブに電磁駆動弁を用いて図６，１１〜１３のいずれかのごとく動作させても良い。
（ｃ）．可変動弁機構としてはバルブタイミング調節機構を備えないものでも良く、図１１の制御を実行することができる。又、前記３次元カムを用いれば、吸気カムシャフトの軸方向移動のみで図６，１１〜１３のいずれか１つの動作が実現可能である。

（ｄ）．前記各実施の形態ではアイドル回転数制御は、吸気量調節バルブとしてスロットルバルブを駆動することにより実行されていたが、スロットルバルブと並列に設けたＩＳＣＶを吸気量調節バルブとしてアイドル回転数制御を実行しても良い。

（ｅ）．前記各実施の形態では、補機はエアコンであったが、これ以外にヘッドランプその他の電気負荷、パワーステアリング等の油圧負荷等を挙げることができる。更に、これらが複合した負荷にもそれぞれの負荷に対応したスロットル開度見込み補正量と吸気バルブの作用角とリフト量との増加量・減少量を用いれば良い。

（ｆ）．前記各実施の形態では、補機負荷発生状態が変化しない時のアイドル回転数制御はスロットル開度ＴＡの制御により行っていた。これ以外に、或る程度スロットル開度ＴＡを小さくして固定した状態で吸気バルブのリフト量あるいは作用角にて、アイドル回転数制御を実行しても良い。そして補機負荷発生状態が変化した時には、スロットル開度ＴＡと吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に変化させる。

このことで補機負荷発生状態の変化に対応する吸入空気量を迅速に燃焼室に供給できるので、アイドル回転数制御において補機負荷発生状態の変化時におけるエンジン回転の不安定化を防止することができる。

（ｇ）．前記実施の形態２では補機負荷の発生・消滅により吸気バルブのリフト量あるいは作用角を補正した場合には、その後、徐々に補正を減衰させていたが、吸気バルブのリフト量あるいは作用角を減少補正した場合には、その後の補正減衰はしないようにしても良い。このことによりポンピング損失を更に小さくすることができる。

実施の形態１のエンジン及びＥＣＵの概略構成図。 上記エンジンの可変動弁系の縦断面図。 実施の形態１の可変動弁機構による作用角及びバルブタイミング調節状態の説明図。 実施の形態１のＥＣＵが実行するアイドル回転数制御処理のフローチャート。 同じくアイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理のフローチャート。 補機負荷発生時及び消滅時の吸気バルブの作用角及びリフト量変更状態を示すグラフ。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態１の処理の一例を示すタイミングチャート。 実施の形態２のアイドル時バルブ作用角・リフト量補正処理のフローチャート。 実施の形態２の処理の一例を示すタイミングチャート。 補機負荷発生時及び消滅時の吸気バルブの作用角及びリフト量変更状態の他の例を示すグラフ。 補機負荷発生時及び消滅時の吸気バルブの作用角及びリフト量変更状態の他の例を示すグラフ。 補機負荷発生時及び消滅時の吸気バルブの作用角及びリフト量変更状態の他の例を示すグラフ。

符号の説明

２…エンジン、２ａ…吸気バルブ、２ｂ…排気バルブ、４…ＥＣＵ、６…ピストン、６ａ…クランクシャフト、８…シリンダブロック、１０…シリンダヘッド、１２…燃焼室、１４…点火プラグ、１６…燃料噴射弁、１８…吸気ポート、２０…吸気通路、２２…サージタンク、２３…吸気通路、２４…スロットルバルブ用モータ、２６…スロットルバルブ、２８…スロットル開度センサ、３０…吸入空気量センサ、３２…吸気温センサ、３４…排気ポート、３６…排気通路、３８…排気浄化用触媒コンバータ、４０…空燃比センサ、４２…アクセルペダル、４４…アクセル開度センサ、４６…エンジン回転数センサ、４８…基準クランク角センサ、５０…スライドセンサ、５２…冷却水温センサ、５３…エアコンスイッチ、５４…可変動弁機構、５６…バルブ作用角調節機構、５８…バルブタイミング調節機構、６０…仲介駆動機構、６２…ローラロッカーアーム、６４…吸気カムシャフト、６４ａ…吸気カム、６６ｄ…ローラアーム、７０ｄ…ノーズ、８２…コントロールシャフト。

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気通路において吸入空気量を調節する吸気量調節バルブと内燃機関の吸気バルブのリフト量あるいは作用角を無段階に調節する可変動弁機構とを直列に備えて、アイドル時に前記吸気量調節バルブの開度調節又は前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角の調節により内燃機関の回転数を目標回転数に制御するアイドル回転数制御装置であって、
   内燃機関に対する補機負荷発生状態を判定する補機負荷判定手段と、
   内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷発生状態が変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に変化させ、その後に、吸気バルブのリフト量あるいは作用角を、補機負荷発生状態の変化前の調節レベルに徐々に復帰させることで、補機負荷発生状態の変化に対応する吸入空気量を燃焼室に供給する補機負荷変化時吸気量調節手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。
2. 請求項１において、前記補機負荷変化時吸気量調節手段は、内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷が非発生状態から発生状態へ変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、発生した補機負荷に対応した調節量分増加させることで、燃焼室に供給する吸入空気量を増加することを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。
3. 請求項１又は２において、前記補機負荷変化時吸気量調節手段は、内燃機関のアイドル時に前記補機負荷判定手段にて補機負荷が発生状態から非発生状態へ変化したと判定された場合には、前記吸気量調節バルブの開度と前記可変動弁機構による吸気バルブのリフト量あるいは作用角とを共に、消滅した補機負荷に対応した調節量分減少させることで、燃焼室に供給する吸入空気量を減少することを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記可変動弁機構は、リフト量と作用角との両方を調節する機構であることを特徴とする内燃機関のアイドル回転数制御装置。

Images