JP4442440B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構と吸気バルブの作用角を変更する作用角可変機構とを備える内燃機関の制御装置に関するものである。

車載等の内燃機関に適用される機構として、吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じて変更するバルブタイミング可変機構が実用化されている。
このようなバルブタイミング可変機構では、油圧制御弁による油圧調整を通じてカムシャフトの回転位相を変更し、同カムシャフトにて開閉される吸気バルブのバルブタイミングを機関運転状態に応じたものに変更するようにしている。

ところで、作動油に混入した異物が上記油圧制御弁の弁体に噛み込まれてしまうと油圧調整を正常に行うことができなくなり、バルブタイミング可変機構が正常に動作しなくなってしまう。

そこで、特許文献１に記載の装置では、バルブタイミング可変機構にて可変設定される吸気バルブの実バルブタイミングと機関運転状態に応じて設定される目標バルブタイミングとの偏差が大きくなっており、且つそのような状態が所定期間継続している場合に、バルブタイミング可変機構に動作異常ありと判断するようにしている。そしてこのように動作異常が生じている旨判断されたときには、油圧制御弁の弁体に噛み込まれた異物を取り除くために同弁体を強制的に往復動させる制御、すなわち異物除去制御を実行するようにしている。

他方、特許文献２に記載されるように、吸気バルブの開弁期間（作用角）やリフト量を機関運転状態に応じて変更する作用角可変機構なども種々提案されている。
この作用角可変機構のように、吸気バルブの開弁期間を変化させることができるものでは、吸気バルブが開弁してから閉弁するまでの間におけるバルブリフト量の積分値を変化させることができるため、同機構の駆動制御を通じて吸入空気量を調整することができる。さらに、そのように吸気バルブの作用角調整を通じて吸入空気量を調整する場合には、スロットルバルブにて吸入空気量の調整を行う場合と比較して、より速やかに吸入空気量を要求吸入空気量（目標値）に調整することができる。
特開２０００−３０３８６４号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

ところで上記バルブタイミング可変機構と作用角可変機構とを備える内燃機関において、上述したような異物除去制御を実行する場合には次のような不具合が生じるおそれがある。

上記異物除去制御の実行中には、吸気バルブのバルブタイミングが強制的に進角されたり遅角されたりするため、機関運転状態に応じて設定される目標値に対して実際のバルブオーバラップ量は大きくなったり小さくなったりする。すなわち、異物除去制御の実行中には、バルブオーバラップ量が変動する。

また、吸気バルブの作用角が大きくなると開弁時期はより進角側に移行し、同作用角が小さくなると開弁時期はより遅角側に移行する。すなわち、作用角が変更されると開弁時期も変化するようになる。従って、上記異物除去制御の実行中において、要求される吸入空気量を確保するべく作用角が種々変更される場合には、異物除去制御によるバルブオーバラップ量の変動に、作用角変化によるバルブオーバラップ量の変化が加わるようになる。そのため、バルブオーバラップ量は大きく変動してしまい、混合気の燃焼状態も大きく変動して悪化するおそれがある。特に、アイドル運転中などのような低回転運転時にそのような燃焼状態の悪化が生じると、エンジンストール等を誘発するおそれもある。

このように作用角可変機構の駆動制御を通じて吸入空気量の調整を行う内燃機関において、バルブタイミング可変機構の異物除去制御を実行する場合には、更なる改良を要するものとなっている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作用角可変機構の駆動制御を通じて吸入空気量の調整がなされる内燃機関において、バルブタイミング可変機構の異物除去制御を実行する際の燃焼状態の悪化を好適に抑え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。
請求項１に記載の発明は、油圧制御弁による油圧調整を通じて吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構の動作異常を判断する判断手段と、同判断手段にて前記バルブタイミング可変機構に動作異常ありとの判断がなされたときに前記油圧制御弁の弁体を強制的に往復動させる異物除去制御を実行する異物除去手段とを備え、作用角可変機構の駆動制御を通じて吸気バルブの作用角を変更することにより吸入空気量の調整を行う内燃機関の制御装置において、前記異物除去制御の実行中には、前記作用角を所定の作用角に保持するとともに、スロットルバルブの開度制御を通じて吸入空気量の調整を行う制御手段を備えることをその要旨とする。

同構成では、吸気バルブの作用角変更を通じて吸入空気量の調整を行うようにしており、これにより吸入空気量は要求される吸入空気量（目標値）に向けて速やかに調整される。なお、このように吸気バルブの作用角を変更して吸入空気量を調整する場合には、スロットルバルブにて吸入空気量が制限されないように同スロットルバルブの開度を所定開度以上に保持しておくことが望ましい。

他方、同構成では、油圧制御弁に異物が噛み込んでバルブタイミング可変機構が正常に動作しなくなると、油圧制御弁の弁体を強制的に往復動させる異物除去制御が実行されることにより、そのような異物の噛み込みが解消される。

ところで、異物除去制御の実行中には、吸気バルブのバルブタイミングが変化するため、バルブオーバラップ量は目標値に対して変動するようになる。また、吸気バルブの作用角が変更されると同吸気バルブの開弁時期も変更される。従って、異物除去制御の実行中において、要求吸入空気量を確保するべく作用角が種々変更されると、異物除去制御の実行によるバルブオーバラップ量の変動に、作用角を種々変化させることによるバルブオーバラップ量の変化が加わるようになり、バルブオーバラップ量は大きく変動してしまうことがある。このようにバルブオーバラップ量が大きく変動すると、混合気の燃焼状態も大きく変動し、その結果、同燃焼状態が悪化するおそれがある。

この点上記構成では、異物除去制御の実行中、吸気バルブの作用角を所定の作用角に保持するようにしている。そのため、異物除去制御の実行中におけるバルブオーバラップ量の変動はバルブタイミングの変動に起因するものだけとなり、これによりバルブオーバラップ量が大きく変動するといったことが抑制される。従って、上記構成によれば、バルブタイミング可変機構の異物除去制御を実行する際の燃焼状態の悪化を好適に抑えることができるようになる。

また、上記構成では異物除去制御の実行中における吸入空気量の調整をスロットルバルブの開度制御にて行うようにしている。そのため、異物除去制御の実行中における吸気バルブの作用角が所定の作用角に保持される同構成においても、吸入空気量を調整することができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記保持される所定の作用角は、同一の機関運転状態において前記異物除去制御の非実行時に設定される作用角よりも大きい作用角とされることをその要旨とする。

上述したようにスロットルバルブの開度制御にて吸入空気量を調整する場合に、保持される吸気バルブの作用角が小さいと、吸気バルブにて吸入空気量が制限されてしまう。そのため、スロットルバルブにて吸入空気量を調整しようとしてもその調整を精度よく行うことができなくなるおそれがある。

この点上記構成によれば、異物除去制御の実行中に保持される作用角は、同一の機関運転状態において異物除去制御の非実行時に設定される作用角よりも大きくされる。従って、吸気バルブによる吸入空気量の制限が抑制され、これによりスロットルバルブによる吸入空気量の調整を精度よく行うことができるようになる。

以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図９を併せ参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるエンジン１の構成を示している。

この図１に示されるように、エンジン１は、シリンダブロック２やシリンダヘッド３等を備えて構成されており、そのシリンダブロック２にはシリンダ２１が設けられている。このシリンダ２１内には、ピストン２２が往復動可能に収容されている。また、シリンダ２１内には、シリンダ２１の内周面、ピストン２２の頂面、及びシリンダヘッド３に囲まれた燃焼室２３が区画形成されている。

シリンダヘッド３には、吸気ポート３１及び排気ポート３２が設けられている。吸気ポート３１には吸気管３３が接続されており、排気ポート３２には排気管３４が接続されている。吸気ポート３１と燃焼室２３との連通及び遮断は、吸気バルブ３５の開閉動作によって行われ、排気ポート３２と燃焼室２３との連通及び遮断は、排気バルブ３６の開閉動作によって行われる。また、吸気ポート３１には、同吸気ポート３１内に向けて燃料を噴射するインジェクタ３９が設けられている。

シリンダヘッド３において燃焼室２３の頂部を形成する箇所には、燃料と空気との混合体である混合気を火花着火する点火プラグ３７が配置されている。
吸気管３３の途中にはサージタンク４０が設けられており、このサージタンク４０よりも吸気上流側には、吸気管３３内を流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ３８が設けられている。

上記シリンダヘッド３には、吸気バルブ３５の各種バルブ特性を可変とする可変動弁機構５が備えられている。この可変動弁機構５は、吸気バルブ３５のバルブタイミングを可変調整するバルブタイミング可変機構１００、及び同吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを可変調整する作用角可変機構１４０から構成されている。なお、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭは、同吸気バルブ３５の開弁期間に一致する値である。

バルブタイミング可変機構１００は、吸気バルブ３５を駆動するカムシャフトとエンジン１のクランクシャフトとの回転位相を変更する機構であって、同機構の駆動を通じて吸気バルブ３５のバルブタイミングは連続的に変更される。図２にバルブタイミング可変機構１００の構造を模式的に示す。

この図２に示すように、バルブタイミング可変機構１００は、略円環形状のハウジング１０３と、その内部に収容されたロータ１０１とを有している。ロータ１０１は、吸気バルブ３５を開閉させるカムシャフト１３０に、またハウジング１０３はクランクシャフトに同期して回転するカムプーリ１０５に、それぞれ一体回転可能に連結されている。

ハウジング１０３の内部には、同ハウジング１０３の内周面とロータ１０１に設けられたベーン１０２とで区画された進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７がそれぞれ複数形成されている。なお、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７の数は適宜変更することができる。

これら進角圧力室１０６、遅角圧力室１０７はそれぞれ適宜の油通路を介して油圧制御弁１２０に接続されている。この油圧制御弁１２０は、各種のポートが形成されたスリーブ１２１、スリーブ１２１内に往復動可能に収納されたスプール１２２、同スプール１２２を往復動させるためのソレノイド１２３及びスプリング１２４等を備えている。

上記スリーブ１２１には、進角圧力室１０６に接続される進角用ポート１２５、遅角圧力室１０７に接続される遅角用ポート１２６、オイルポンプ１５０に接続されるポンプポート１２７、オイルパン１６０に接続されるドレンポート１２８、１２９がそれぞれ形成されている。そして、上記スプール１２２に設けられた弁体の位置が変化することで進角圧力室１０６への油圧供給、遅角圧力室１０７への油圧供給、進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７の油圧保持がそれぞれ切り換えられる。また、スプール１２２の弁体の位置は、上記ソレノイド１２３に印加される駆動電圧信号のデューティ比によって決定される。

例えば、デューティ比が「０％≦デューティ比＜５０％」の範囲にある場合には、スプール１２２の移動を通じて遅角圧力室１０７への油圧供給がなされ、これによりロータ１０１は遅角側に回動され、バルブタイミングは遅角側に変更される。また、デューティ比が「５０％＜デューティ比≦１００％」の範囲にある場合には、スプール１２２の移動を通じて進角圧力室１０６への油圧供給がなされ、これによりロータ１０１は進角側に回動され、バルブタイミングは進角側に変更される。そして、デューティ比が５０％近傍の値となっているときには、進角用ポート１２５及び遅角用ポート１２６がともに閉鎖されて進角圧力室１０６及び遅角圧力室１０７の油圧保持がなされることにより、バルブタイミングは現状のまま保持される。

このようなバルブタイミングの変更により、吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣはともに同じクランク角度だけ進角側に、あるいは遅角側に変更される。すなわち、図３に示すように、吸気バルブ３５の開弁期間ＩＶＯＴが一定に維持された状態で、開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣが進角方向、あるいは遅角方向に変更される。

作用角可変機構１４０は、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ、すなわち開弁期間ＩＶＯＴとバルブリフト量の最大値（以下、最大リフト量ＶＬという）とを連続的に変更する機構である。図４に作用角可変機構１４０とその周辺の構造を模式的に示す。

この図４に示すように、作用角可変機構１４０は、ロッカアーム式の動弁機構において、カムシャフト１３０に設けられたカム１３１とロッカアーム２５との間に介装され、同ロッカアーム２５の揺動量を可変とすることにより、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ及び最大リフト量ＶＬを変更する機構となっている。

この作用角可変機構１４０は、カム１３１に当接する入力アーム１４２ｂが形成された入力部１４２、ロッカアーム２５のローラ２５ａに当接する出力アーム１４３ｂが形成された出力部１４３、入力アーム１４２ｂと出力アーム１４３ｂとの相対位相を変更する機構部、同機構部を駆動制御する駆動部等から構成されている。このように構成される可変動弁系では、カム１３１にて入力アーム１４２ｂが揺動されると、その揺動が出力アーム１４３ｂを介してロッカアーム２５に伝達され、該ロッカアーム２５が揺動されることにより吸気バルブ３５は開閉される。そして、機構部の駆動によって入力アーム１４２ｂと出力アーム１４３ｂとの相対位相が大きくされると、ロッカアーム２５の揺動量が増大して吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ及び最大リフト量ＶＬも増大される。一方、入力アーム１４２ｂと出力アーム１４３ｂとの相対位相が小さくされると、ロッカアーム２５の揺動量が減少して吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ及び最大リフト量ＶＬも減少される。

このように入力アーム１４２ｂと出力アーム１４３ｂとの相対位相が変更されることで、図５に示すごとく、吸気バルブ３５の最大リフト量ＶＬは、最も大きい最大リフト量ＶＬである上限リフト量ＶＬｍａｘから最も小さい最大リフト量ＶＬである下限リフト量ＶＬｍｉｎまでの間で連続的に変更される。また、この最大リフト量ＶＬの連続的な変更に同期して、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭも連続的に変更される。より具体的には、上限リフト量ＶＬｍａｘにおいて作用角ＩＮＣＡＭは最大となり、最大リフト量ＶＬが小さくなるほど作用角ＩＮＣＡＭも短くなっていく。そして、下限リフト量ＶＬｍｉｎにおいて作用角ＩＮＣＡＭは最小となる。

ここで、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭ、すなわち開弁期間ＩＶＯＴを変更すると、吸気バルブ３５が開弁してから閉弁するまでの間におけるバルブリフト量の積分値が変化するようになり、吸気バルブ３５の開弁期間中に燃焼室２３へ導入される吸入空気量も変化するようになる。従って、作用角可変機構１４０の駆動制御を通じて吸入空気量を調整することができ、このような吸気バルブ３５の作用角調整により吸入空気量を調整する場合には、スロットルバルブ３８にて吸入空気量の調整を行う場合と比較して、より速やかに吸入空気量を目標値に調整することができる。そこで、本実施形態では、吸気バルブ３５の作用角を変更する作用角可変機構１４０の駆動制御を通じて吸入空気量の調整を行うようにしている。

なお、吸気バルブ３５の作用角を変更して吸入空気量を調整する場合に、スロットルバルブ３８の開度が小さくなっていると、同スロットルバルブ３８にて吸入空気量が制限されてしまい、精度よく吸入空気量を調整することができなってしまうおそれがある。そのため、作用角の変更を通じた吸入空気量の調整を行うときには、スロットルバルブ３８の開度をある程度以上の開度に保持するようにしている。

エンジン１の燃料噴射制御、点火時期制御、吸入空気量制御、及び上記各可変機構の制御等といった各種制御は電子制御装置９によって行われる。
この電子制御装置９は、エンジン制御にかかる演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、エンジン制御に必要なプログラムや各種の情報を記憶するためのメモリ、外部との信号の入出力を行うための入力ポート及び出力ポートを備えている。この入力ポートには機関運転状態を検出する次のような各種センサが接続されている。

吸入空気量センサ９１は、吸気管３３内を流通する空気の流量（吸入空気量ＧＡ）を検出する。クランクシャフト近傍に設けられたクランク角センサ９２は、クランクシャフトの回転角度、すなわちクランク角度を検出し、この検出信号に基づいて機関回転速度ＮＥが算出される。スロットルバルブ３８の近傍に設けられたスロットル開度センサ９３は、スロットルバルブ３８の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出する。カムシャフト１３０の近傍に設けられたカム角センサ９４はカムシャフト１３０の回転位相を検出する。また、カム角センサ９４及び上記クランク角センサ９２の検出値に基づいて吸気バルブ３５のバルブタイミング、換言すればカムシャフト１３０の変位角が検出される。この変位角については後述する。作用角可変機構１４０の駆動部に設けられた作用角センサ９５は、作用角可変機構１４０の作動状態、すなわち吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭの現状値を検出する。また、アクセルペダル近傍に設けられたアクセルセンサ９６は、アクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出する。

他方、出力ポートには、点火プラグ３７、スロットルバルブ３８、インジェクタ３９、バルブタイミング可変機構１００の油圧制御弁１２０、及び作用角可変機構１４０の駆動アクチュエータ等の駆動回路が接続されており、上記の各種センサ等にて検出される機関運転状態に基づいて上記の各種制御が実施される。

例えば、燃焼室２３に導入される吸入空気量が、アクセル開度ＡＣＣＰやスロットル開度ＴＡ、並びに機関回転速度ＮＥ等に基づいて算出される要求吸入空気量ＧＡｐとなるように、作用角可変機構１４０の駆動部は駆動制御される。すなわち、要求吸入空気量ＧＡｐに対応した作用角ＩＮＣＡＭの目標値（目標作用角ＩＮＣＡＭｐ）が算出され、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭがこの目標作用角ＩＮＣＡＭｐとなるように作用角可変機構１４０が駆動制御されることで、実際の吸入空気量は要求吸入空気量に調整される。

また、吸入空気量ＧＡ及び機関回転速度ＮＥに基づいてバルブタイミング可変機構１００の油圧制御弁１２０が駆動制御されることにより、吸気バルブ３５のバルブタイミングは機関運転状態に応じたものに設定される。なお、本実施形態では、バルブタイミング可変機構１００のロータ１０１が最遅角位置にあり、バルブタイミングが最遅角状態となっているときのカムシャフト１３０の回転位相を基準として、この基準となる回転位相からの進角量がカムシャフト１３０の変位角ＶＴとして定義されている。そして、この変位角ＶＴが機関運転状態に基づいて設定される目標変位角ＶＴｐとなるようにバルブタイミング可変機構１００を駆動制御することにより、吸気バルブ３５のバルブタイミングは機関運転状態に応じたものに変更される。

ところで、こうしたバルブタイミング可変機構１００にあって、スリーブ１２１とスプール１２２との間に異物が噛み込まれるようなことがあると、スプール１２２をデューティ比に応じた位置に移動させることができなくなり、油圧制御弁１２０による油圧調整が正常に行えなくなってしまう。その結果、バルブタイミング可変機構１００が正常に動作しなくなり、変位角ＶＴを目標変位角ＶＴｐに変更することができなくなる。

そこで、本実施形態では、バルブタイミング可変機構１００が動作異常を起こしていると判断されたときに、油圧制御弁１２０に噛み込まれた異物を取り除く異物除去制御を実施するようにしている。以下、この異物除去制御について図６を併せ参照して説明する。

図６は、上記異物除去制御の処理手順を示しており、この異物除去処理は、電子制御装置９により所定期間毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、現在の変位角ＶＴと目標変位角ＶＴｐとが読み込まれる（Ｓ１００）。

次に、変位角ＶＴと目標変位角ＶＴｐとの偏差ΔＶＴが大きいか否かが判定される（Ｓ１１０）。この偏差ΔＶＴは、変位角ＶＴと目標変位角ＶＴｐとの差の絶対値であり、ここでは偏差ΔＶＴが所定値α（＞０）を超えているか否かが判定される。そして、偏差ΔＶＴが所定値α以下であり、同偏差ΔＶＴが小さいときには（Ｓ１１０：ＮＯ）、バルブタイミング可変機構１００が正常に動作していると判断され、異常判定フラグＶＴＦの値はバルブタイミング可変機構１００の正常動作を示す「０」に設定される（Ｓ１５０）。そして、本処理は一旦終了される。

一方、偏差ΔＶＴが所定値αを超えており、同偏差ΔＶＴが大きいときには（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、偏差ΔＶＴの大きい状態が所定期間継続されているか否かが判定される（Ｓ１２０）。ここでは、偏差ΔＶＴが継続して所定値αを超えていた異常期間と所定値βとが比較される。そしてその異常期間が所定値βに満たない場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、ステップＳ１１０での肯定判定が、バルブタイミングの変更途中における変位角ＶＴと目標変位角ＶＴｐとの一時的な乖離に起因してなされたものであるため、異常判定フラグＶＴＦが「０」に設定された後（Ｓ１５０）、本処理は一旦終了される。

一方、異常期間が所定値β以上であり、偏差ΔＶＴの大きい状態が所定期間継続されている場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、バルブタイミング可変機構１００に動作異常が起きていると判断することができるため、異常判定フラグＶＴＦは、バルブタイミング可変機構１００の異常動作を示す「１」に設定される（Ｓ１３０）。そして、油圧制御弁１２０の強制駆動が実行されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。

この強制駆動では、ソレノイド１２３への駆動電圧信号が、例えば０％から１００％の間で繰り返し変動される。これによりスプール１２２は往復動され、同スプール１２２の弁体に噛み込まれた異物が取り除かれて、バルブタイミング可変機構１００は正常に動作するようになる。なお、この異物除去処理は上記判断手段及び異物除去手段を構成している。

このように本実施形態では、バルブタイミング可変機構１００の異物除去制御を実行するようにしているが、この異物除去制御の実行中に上述したように作用角ＩＮＣＡＭの変更を通じた吸入空気量の調整を行うと、次のような不具合が生じるおそれがある。

上記異物除去制御の実行中には、吸気バルブ３５のバルブタイミングが強制的に進角されたり遅角されたりするため、機関運転状態に応じて設定される目標値に対して実際のバルブオーバラップ量は大きくなったり小さくなったりする。すなわち、図７に実線にて示されるように、異物除去制御の実行中にはバルブオーバラップ量が変動幅Ｈａをもって変動する。

他方、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが大きくなると開弁時期ＩＶＯはより進角側に移行し、同作用角ＩＮＣＡＭが小さくなると開弁時期ＩＶＯはより遅角側に移行する。すなわち、作用角ＩＮＣＡＭが変更されると開弁時期ＩＶＯも変化するようになる。従って、上記異物除去制御の実行中において、要求される吸入空気量を確保するべく作用角ＩＮＣＡＭが種々変更される場合には、異物除去制御によるバルブオーバラップ量の変動に、作用角変化（開弁時期ＩＶＯの変化）によるバルブオーバラップ量の変動が加わるようになり、バルブオーバラップ量は大きく変動してしまうことがある。

例えば、図７に二点鎖線にて示されるように、時刻ｔ１において吸入空気量を増大させるべく作用角ＩＮＣＡＭが増大されると、開弁時期ＩＶＯは進角され、この進角分に相当する変化量Ｓａの分だけバルブオーバラップ量は増大する。換言すれば、バルブオーバラップ量の変動中心値Ａは、バルブオーバラップ量が増大する側に変化量Ｓａの分だけシフトするようになる。

また、時刻ｔ２において吸入空気量を減少させるべく作用角ＩＮＣＡＭが減少されると、開弁時期ＩＶＯは遅角され、この遅角分に相当する変化量Ｓｂの分だけバルブオーバラップ量は減少する。換言すれば、バルブオーバラップ量の変動中心値Ｂは、バルブオーバラップ量が減少する側に変化量Ｓｂの分だけシフトするようになる。

このように、異物除去制御の実行中に、要求吸入空気量を確保するべく作用角ＩＮＣＡＭが変更されると、異物除去制御の実行に伴うバルブオーバラップ量の変動幅Ｈａに、作用角ＩＮＣＡＭの変更に伴うバルブオーバラップ量の変化量Ｓａや変化量Ｓｂが加わる。さらにこれら変化量Ｓａや変化量Ｓｂは、要求吸入空気量に応じて種々変更される作用角ＩＮＣＡＭに同期して種々変化するため、バルブタイミング及び作用角ＩＮＣＡＭが変更されるときのバルブオーバラップ量の変動幅Ｈａｂは、上記変動幅Ｈａよりも大きくなる。すなわち、バルブオーバラップ量は過度に大きく変動するようになるため、混合気の燃焼状態も大きく変動し、同燃焼状態は悪化するおそれがある。特に、アイドル運転中などのような低回転運転時にそのような燃焼状態の悪化が生じると、エンジンストール等を誘発するおそれもある。

そこで本実施形態では、以下に説明する作用角設定処理の実行を通じてそのような燃焼状態の悪化を抑えるようにしている。なお、この作用角設定処理は上記制御手段を構成している。

図８は、その作用角設定処理の手順を示している。この処理も電子制御装置９によって所定期間毎に繰り返し実行される。
本処理が開始されるとまず、上記異常判定フラグＶＴＦが「１」であるか否かが、換言すれば油圧制御弁１２０のスプール１２２を強制駆動する異物除去制御が実行中であるか否かが判断される（Ｓ２００）。

そして、異常判定フラグＶＴＦが「０」である場合には（Ｓ２００：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。このように異常判定フラグＶＴＦが「０」であることをもって本処理が終了されるときには、上述したように要求吸入空気量に基づく作用角ＩＮＣＡＭの制御が行われ、該作用角ＩＮＣＡＭによる吸入空気量の調整が行われる。

一方、異常判定フラグＶＴＦが「１」である場合には（Ｓ２００：ＹＥＳ）、目標作用角ＩＮＣＡＭｐとして所定値λが設定される（Ｓ２１０）。そして、作用角ＩＮＣＡＭが同所定値λとなるように作用角可変機構１４０は駆動されることにより、同作用角ＩＮＣＡＭは所定値λに保持される。この所定値λについては後述する。

このように所定値λが目標作用角ＩＮＣＡＭｐとして設定されると、次に、要求吸入空気量ＧＡｐに基づいてスロットルバルブ３８の開度（スロットル開度ＴＡ）が制御される（Ｓ２２０）。すなわち、吸気バルブ３５の作用角変更を通じた吸入空気量の調整に代えて、スロットルバルブ３８の開度制御を通じた吸入空気量の調整が行われる。そして、本処理は一旦終了される。

ここで、スロットルバルブ３８の開度制御を通じて吸入空気量を調整する場合に、保持される作用角ＩＮＣＡＭが小さいと、吸気バルブ３５にて吸気が絞られてしまい吸入空気量は制限されてしまう。そのため、スロットルバルブ３８にて吸入空気量を調整しようとしてもその調整を精度よく行うことができなくなるおそれがある。そこで、上記所定値λは、異物除去制御の実行中に保持される作用角ＩＮＣＡＭが、同一の機関運転状態において異物除去制御の非実行時に設定される作用角ＩＮＣＡＭよりも大きくなるように設定される。例えば、機関運転状態に基づいて算出される上記目標作用角ＩＮＣＡＭｐに対して所定の係数が加算あるいは乗算された値を上記所定値λとして設定する。または、吸入空気量の制限要因にならない程度の作用角ＩＮＣＡＭを予め求めておき、その求められた値を所定値λとして設定しておく等々により、異物除去制御の実行中において保持される作用角ＩＮＣＡＭを十分に大きくしておくことができる。そしてこのように所定値λを設定することにより、吸気バルブ３５による吸入空気量の制限が抑制され、スロットルバルブ３８による吸入空気量の調整が精度よく行えるようになる。

図９は、異物除去制御の実行中におけるバルブオーバラップ量の変動について、上記作用角設定処理が実行されているときの態様を例示している。
この図９に示されるように、時刻ｔ１においてバルブタイミング可変機構１００に動作異常が生じている旨判断されると、上記異物除去制御が開始される。また、同時に作用角ＩＮＣＡＭは上記所定値λに変更され、その後、異物除去制御が終了するまで作用角ＩＮＣＡＭは同所定値λに保持される。

このように時刻ｔ１において異物除去制御が開始されるとバルブオーバラップは変動するようになる。ここで、時刻ｔ１以降の作用角ＩＮＣＡＭは、時刻ｔ１以前の作用角よりも大きくされるため、吸気バルブ３５の開弁時期ＩＶＯは進角側に移行し、この進角分に相当する変化量Ｓｙの分だけバルブオーバラップ量は増大する。換言すれば、バルブオーバラップ量の変動中心値Ｙは、変化量Ｓｙの分だけバルブオーバラップ量が増大する側にシフトする。

ただし、本実施形態では先の図７に示したような状態とは異なり、異物除去制御の実行中における作用角ＩＮＣＡＭは一定の値（所定値λ）に保持されるため、同変動中心値Ｙは一定の値となり、上記変化量Ｓｙも変動することなく一定の値となる。従って、異物除去制御の実行に伴うバルブオーバラップ量の変動に上記変化量Ｓｙの変動分が加わることはなく、同異物除去制御の実行中におけるバルブオーバラップ量の変動はバルブタイミングの変動に起因するものだけとなる。そのため、作用角ＩＮＣＡＭが一定とされる場合のバルブオーバラップ量の変動幅Ｈｙは、先の図７に示した変動幅Ｈａ、すなわち異物除去制御の実行に起因するバルブオーバラップ量の変動幅Ｈａと同一になり、バルブタイミング及び作用角が変更されるときの変動幅Ｈａｂよりも小さくなる。

このように本実施形態では、異物除去制御の実行中におけるバルブオーバラップ量の変動はバルブタイミングの変動に起因するものだけとなるため、過度な変動幅の増大が抑制され、これによりバルブタイミング可変機構１００の異物除去制御を実行する際の燃焼状態の悪化が抑えられるようになる。

また、時刻ｔ１では、スロットルバルブ３８の開度制御を通じた吸入空気量の調整も開始される。ここで時刻ｔ１以降における作用角ＩＮＣＡＭは、時刻ｔ１以前の作用角ＩＮＣＡＭよりも大きい作用角に変更・保持されるため、吸気バルブ３５による吸入空気量の制限が抑制された状態でスロットルバルブ３８による吸入空気量の調整が行われる。そのため、同スロットルバルブ３８による吸入空気量の調整が精度よく行われる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果が得られるようになる。
（１）バルブタイミング可変機構１００が備える油圧制御弁１２０の異物除去制御実行中に、吸入空気量を調整するべく吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが種々変化すると、異物除去制御の実行によるバルブオーバラップ量の変動に、作用角ＩＮＣＡＭを種々変化させることによるバルブオーバラップ量の変化が加わる。そのためにバルブオーバラップ量は大きく変動してしまうことがある。この点、本実施形態では、異物除去制御の実行中、吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭを所定値λに保持するようにしている。そのため、異物除去制御の実行中におけるバルブオーバラップ量の変動はバルブタイミングの変動に起因するものだけとなり、これによりバルブオーバラップ量が大きく変動するといったことが抑制される。従って、バルブタイミング可変機構１００の異物除去制御を実行する際の燃焼状態の悪化を好適に抑えることができるようになる。

また、本実施形態では、異物除去制御の実行中における吸入空気量の調整をスロットルバルブ３８の開度制御にて行うようにしている。そのため、同異物除去制御の実行中における吸気バルブ３５の作用角ＩＮＣＡＭが所定値λに保持されても、吸入空気量を調整することができるようになる。

（２）上述したようにスロットルバルブ３８の開度制御にて吸入空気量を調整する場合、異物除去制御の実行中に保持される作用角ＩＮＣＡＭが小さいと、吸入空気量は制限されてしまう。そのため、スロットルバルブ３８にて吸入空気量を調整しようとしてもその調整を精度よく行うことができなくなるおそれがある。この点、本実施形態では、異物除去制御の実行中に保持される作用角ＩＮＣＡＭが、同一の機関運転状態において異物除去制御の非実行時に設定される作用角よりも大きい作用角となるように設定するようにしている。そのため、吸気バルブ３５による吸入空気量の制限が抑制され、これによりスロットルバルブ３８による吸入空気量の調整を精度よく行うことができるようになる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・異物除去制御の実行開始直前における作用角ＩＮＣＡＭを、異物除去制御の実行開始後もそのまま保持し続けるようにしてもよい。また、異物除去制御の実行開始直前における作用角ＩＮＣＡＭが吸入空気量の制限要因となるほど小さい作用角となっている場合に、異物除去制御の実行中における作用角ＩＮＣＡＭを上述したような態様で増大させるようにしてもよい。これらの場合にも、作用角ＩＮＣＡＭの変化によるバルブオーバラップ量の変化が生じなくなるため、バルブオーバラップ量の大きな変動が抑制され、バルブタイミング可変機構１００の異物除去制御を実行する際の燃焼状態の悪化を好適に抑えることができるようになる。

・上記バルブタイミング可変機構１００は、ロータ１０１を回動させて吸気バルブ３５のバルブタイミングを変更する機構であった。この他にも、油圧制御弁による油圧調整を通じて吸気バルブ３５のバルブタイミングを変更する構造を有するバルブタイミング可変機構であれば、本発明は同様に適用することができる。

・上記作用角可変機構１４０は、入力アーム１４２ｂと出力アーム１４３ｂとの相対位相を変更することにより吸気バルブ３５の作用角及び最大リフト量を変更する可変機構であった。この他にも、カムシャフトの軸方向にカムプロフィールが変化する三次元カムを備える可変機構、あるいは吸気バルブ３５の作用角のみを変更する可変機構であっても、本発明は同様に適用することができる。

・上記エンジン１は点火プラグを備えるガソリン機関であったが、この他の機関、例えばディーゼル機関であっても、本発明は同様に適用することができる。

本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施形態について、これが適用されるエンジンの構成を示す概略図。 同実施形態のバルブタイミング可変機構についてその構造を示す模式図。 同バルブタイミング可変機構によって変更される吸気バルブのバルブタイミングについてその変更態様を示す模式図。 同実施形態の作用角可変機構についてその構造を示す模式図。 同作用角可変機構による吸気バルブの作用角及び最大リフト量の変更態様を示す模式図。 同実施形態における異物除去処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態において、異物除去制御と吸気バルブの作用角変更が同時に行われるときのバルブオーバラップ量の変動態様についてその一例を示すグラフ。 同実施形態において、異物除去制御の実行中に行われる作用角設定処理についてその手順を示すフローチャート。 同実施形態において、作用角設定処理が実行されているときのバルブオーバラップ量の変動態様についてその一例を示すグラフ。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、５…可変動弁機構、９…電子制御装置、２１…シリンダ、２２…ピストン、２３…燃焼室、２５…ロッカアーム、２５ａ…ローラ、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３３…吸気管、３４…排気管、３５…吸気バルブ、３６…排気バルブ、３７…点火プラグ、３８…スロットルバルブ、３９…インジェクタ、４０…サージタンク、９１…吸入空気量センサ、９２…クランク角センサ、９３…スロットル開度センサ、９４…カム角センサ、９５…作用角センサ、９６…アクセルセンサ、１００…バルブタイミング可変機構、１０１…ロータ、１０２…ベーン、１０３…ハウジング、１０５…カムプーリ、１０６…進角圧力室、１０７…遅角圧力室、１２０…油圧制御弁、１２１…スリーブ、１２２…スプール、１２３…ソレノイド、１２４…スプリング、１２５…進角用ポート、１２６…遅角用ポート、１２７…ポンプポート、１２８、１２９…ドレンポート、１３０…カムシャフト、１３１…カム、１４０…作用角可変機構、１４２…入力部、１４２ｂ…入力アーム、１４３…出力部、１４３ｂ…出力アーム、１５０…オイルポンプ、１６０…オイルパン。

Claims (2)

1. 油圧制御弁による油圧調整を通じて吸気バルブのバルブタイミングを変更するバルブタイミング可変機構の動作異常を判断する判断手段と、同判断手段にて前記バルブタイミング可変機構に動作異常ありとの判断がなされたときに前記油圧制御弁の弁体を強制的に往復動させる異物除去制御を実行する異物除去手段とを備え、作用角可変機構の駆動制御を通じて吸気バルブの作用角を変更することにより吸入空気量の調整を行う内燃機関の制御装置において、
   前記異物除去制御の実行中には、前記作用角を所定の作用角に保持するとともに、スロットルバルブの開度制御を通じて吸入空気量の調整を行う制御手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記保持される所定の作用角は、同一の機関運転状態において前記異物除去制御の非実行時に設定される作用角よりも大きい作用角とされる
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

Images