JP4845391B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブの作動角を可変とする作動角可変機構を備えるとともに、前記吸気バルブの作動角とスロットルバルブの開度との協調制御により吸入空気量の調整を行う内燃機関の制御装置に関する。

従来、機関始動後において暖機を促進すべく、アイドル回転速度を高めの設定としたり、点火時期を遅角させることにより暖機に供される熱量を多く確保したりといった対策が講じられている。

また従来、内燃機関に適用されるシステムとして、吸気バルブの作動角を可変とする作動角可変機構を通じて該作動角を可変制御するものが実用されている（例えば、特許文献１参照）。こうしたシステムを採用する内燃機関では、吸気バルブの作動角を小さくすることで、燃焼室内に吸入される空気量を低減することができる。この場合、例えばスロットルバルブを絞ることで吸入空気量を低減するよりもポンピングロスを小さくすることができ、即ち内燃機関における出力のロスを抑えることが可能となり燃費を向上させることができるようになる。
特開２００１−２６３０１５号公報

本発明は、上述したような作動角可変機構を備える内燃機関において暖機促進を更に効率的に行うことのできる内燃機関の制御装置を提供することをその目的とする。

以下、上記課題を解決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、吸気バルブの作動角を可変とする作動角可変機構を備えるとともに、前記吸気バルブの作動角とスロットルバルブの開度との協調制御により吸入空気量の調整を行う内燃機関の制御装置であって、機関始動直後から暖機完了までの期間、当該機関の低中回転速度運転域では前記作動角を予め設定された暖機時作動角に固定する一方、前記期間内において当該機関の高回転速度運転域では前記作動角を機関回転速度の増加に応じて前記暖機時作動角から増大させ、前記期間内において前記高回転速度運転域から同運転域よりも低回転の運転域に戻った場合には前記作動角を前記暖機時作動角に戻すことをその要旨とする。

発明のように、上記協調制御により吸入空気量の調整を行うものにおいては、同じ吸入空気量を実現するのに「吸気バルブの作動角大、且つスロットルバルブの開度小」とするよりも「吸気バルブの作動角小、且つスロットルバルブの開度大」とした方がポンピングロスは小さい、即ち同じ機関出力を得るための吸入空気量及び燃料量が少なくてすむ。換言すれば、機関始動直後から暖機完了までの期間においてアイドル運転を継続し得るだけの機関出力を確保しながら暖機をより効率よく行うためには、上記吸入空気量及び燃料量の多い、即ちポンピングロスの大きい「吸気バルブの作動角大、且つスロットルバルブの開度小」状態とすることが望ましい。但しこの場合には、当然ながら排ガスの量も増大することから排気性能の悪化が懸念されることとなる。従って、こうした排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うためには、吸気バルブの作動角を単に最大としてしまうよりも、排ガス量の抑制と暖機のための熱量確保とを両立するのに適した「暖機時作動角」に設定することが適切である。

上記発明では、機関始動直後から暖機完了までの期間において当該機関の低中回転速度運転域であるときに、上記作動角がこうした暖機時作動角に固定されるため上記排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うことができるようになる。

但し、このように作動角が暖機時作動角に固定されると、高回転速度運転が要求された場合に、仮にスロットルバルブを最大開度にしたとしても、吸入空気量の不足等によりこうした要求を満たすのが困難となる懸念がある。その点、上記発明では、上記要求の生じたとき、機関回転速度の増加に応じて作動角を暖機時作動角から増大させるようにしたため、上記要求が速やかに満たされるようになる。

従って上記発明によれば、こうした高出力要求にも柔軟に対応しながら排気性能の向上をも図りつつ、このような極力効率のよい暖機促進を行う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に記載の発明において、前記内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを可変とする油圧駆動式のバルブタイミング可変機構を備え、前記機関始動直後から暖機完了までの期間において、前記吸気バルブのバルブタイミングを予め設定された暖機時バルブタイミングに固定することをその要旨とする。

機関始動直後から暖機完了までの期間といった、バルブタイミング可変機構を駆動する油が低温・高粘度で同機構の制御性が低下しがちな場合であっても、本発明のような吸気バルブのバルブタイミングを一定値（暖機時バルブタイミング）に固定する、といった駆動に関しては比較的精度よく行うことが可能である。従って、本発明によれば、予め「暖機時バルブタイミング」を、例えば排気性能を良好に維持し得るタイミングに設定しておくことで、上記したような制御性の低い状況下であっても排気性能を極力良好に維持できるようになる。

また、本発明では、上記したように当該機関の低中回転速度運転域であるときに、吸気バルブの作動角が上記暖機時作動角に固定される（変動しない）ため、上記暖機時バルブタイミングを排気性能の維持に最適な値に設定することが容易となる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図１〜図９を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の適用される車載用のエンジン（内燃機関）１０の模式構造を示している。同図に示すようにエンジン１０は大きくは、吸気通路１１、燃焼室１２及び排気通路１３を備えて構成されている。

エンジン１０の吸気通路１１には、その内部の空気流量を検出するエアフローメータ１４、及びその内部の流路面積を変更して空気流量を変更するスロットルバルブ１５が配設されており、吸気バルブ１６を介して燃焼室１２に接続されている。燃焼室１２は、排気バルブ１７を介して排気通路１３に接続されている。吸気バルブ１６及び排気バルブ１７は、エンジン１０の回転に応じて駆動され、燃焼室１２に対して吸気通路１１及び排気通路１３を開閉する。

燃焼室１２には吸気通路１１を通じて空気が吸入される。この空気と、図示しない燃料噴射弁から噴射された燃料とからなる混合気に対し点火プラグ１８による点火が行われると、同混合気が燃焼してピストン１９が往復移動し、機関出力軸であるクランクシャフトが回転する。そして、燃焼後の混合気は排ガスとして燃焼室１２から排気通路１３に送り出される。排気通路１３には三元触媒からなる排気浄化触媒２０が内蔵されており、燃焼室１２からの排ガスが浄化されるようになっている。

このエンジン１０の吸気バルブ１６の動弁系には、バルブタイミング可変機構（ＶＴ可変機構）２１と作動角可変機構２２とが設けられている。バルブタイミング可変機構２１は、図２（ａ）に示すように、吸気バルブ１６の作動角中心（即ち吸気バルブ１６を駆動するカムの作用角中心）φを連続的に変更させる機構として構成されている。このエンジン１０では、バルブタイミング可変機構２１として、クランクシャフトに対するカムシャフトの相対回転位相を変更することで、上記作動角中心φを変更する機構が採用されている。

また作動角可変機構２２は、図２（ｂ）に示すように、吸気バルブ１６の作動角θを連続的に変更させる機構として構成されている。なお同図（ｂ）に示されるように、この作動角可変機構２２では、作動角θの拡大／縮小に併せて吸気バルブ１６の最大リフト量も拡大／縮小されるようになっている。

なお、バルブタイミング可変機構２１は油圧により駆動されるようになっている。この油圧は、エンジン１０のクランクシャフトの回転により駆動されて油圧を発生させるオイルポンプから供給されるようになっている。

また、作動角可変機構２２はこうした油圧駆動式ではなく、電動モータ或いは電磁ソレノイド等からなる電磁アクチェータにより駆動される電磁駆動式となっている。
以上のように構成されたエンジン１０における燃料噴射制御や点火時期制御を始めとする各種制御は、電子制御装置３０により行われる。電子制御装置３０は、エンジン１０の制御に係る各種演算処理を実施する中央演算装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータの記録された読込専用メモリ（ＲＯＭ）、上記ＣＰＵの演算結果やセンサ等から入力されたデータが記録されるランダムアクセスメモリ、外部との間で信号を授受するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置３０の入力ポートには、上記エアフローメータ１４に加え、スロットルバルブ１５に設けられたスロットルセンサやバルブタイミング可変機構２１に設けられたＶＴセンサ、及び作動角可変機構２２に設けられた作動角センサが接続されている。上記スロットルセンサはスロットルバルブ１５の開度（スロットル開度）Ｔａを検出する。上記ＶＴセンサは現在の吸気バルブ１６の作動角中心φを検出する。また上記作動角センサは現在の吸気バルブ１６の作動角θを把握する。

更に、上記入力ポートには、アクセルポジションセンサ３１やクランク角センサ３２、水温センサ３３が接続されている。アクセルポジションセンサ３１はアクセルの踏み込み量を検出する。クランク角センサ３２はクランクシャフトの回転速度、即ち機関回転速度Ｎｅを検出する。水温センサ３３はエンジン１０の冷却水の温度（機関冷却水温）を検出する。この他にも上記入力ポートには、エンジン１０の運転状況や車両の走行状況を検出する各種センサが接続されている。

電子制御装置３０の出力ポートには、上記スロットルバルブ１５、点火プラグ１８、バルブタイミング可変機構２１及び作動角可変機構２２を始め、エンジン１０の制御に用いられる各種アクチュエータが接続されている。電子制御装置３０は、上記各種センサの検出結果に基づき、これらアクチュエータを駆動制御することで、エンジン１０の各種制御を行っている。

例えば、作動角中心φや作動角θといった吸気バルブ１６のバルブ特性についての制御は、次の態様で行われている。即ち、電子制御装置３０は先ず、アクセルポジションセンサ３１やクランク角センサ３２により検出されたアクセルペダルの踏み込み量や機関回転速度Ｎｅ等に基づいて、現在の機関運転状態に適した吸気バルブ１６の作動角中心φや作動角θの目標値を算出する。そして電子制御装置３０は、上記ＶＴセンサ及び作動角センサより検出される現状の吸気バルブ１６の作動角中心φや作動角θが、上記算出された各々の目標値と一致するようにバルブタイミング可変機構２１及び作動角可変機構２２をフィードバック制御する。これにより、現状の機関運転状態に応じて最適な吸気バルブ１６のバルブ特性が得られるようにしている。

なお作動角可変機構２２により吸気バルブ１６の作動角θが変更されると、燃焼室１２に導入される空気量（吸入空気量）が変化してしまう。そのため、電子制御装置３０は、作動角θの可変制御に連動してスロットルバルブ１５の開度制御を行うようにしている（作動角θとスロットル開度Ｔａとの協調制御）。これにより、作動角可変機構２２による吸気バルブ１６の作動角θの変更に拘わらず、必要なだけの吸入空気量が確保されるようになっている。

またエンジン１０では、その始動時や、暖機時（機関始動直後から暖機完了までの期間）において、それぞれに適した作動角θ及び作動角中心φとなるようにこれらが調節されるようになっている。即ち、作動角θ及び作動角中心φが、始動時には機関始動に適した、また、暖機時には暖機に適したものとなるように調節される。そして、これら始動時や暖機時には、作動角θ及び作動角中心φが上記のように調節された状態で、スロットルバルブ１５の開度制御を通じて、必要なだけの吸入空気量が確保されるようになっている。

上記始動時においては、作動角中心φに関しては吸気バルブ１６のバルブタイミングが最遅角状態となる値（以下、この値を「始動時作動角中心φｓ」と称する）に調節され、作動角θは作動角中心φが上記始動時作動角中心φｓとされている状態での機関始動に最適な値（以下、この値を「始動時作動角θｓ」と称する）に調節される。

また、上記暖機時においては、作動角θ及び作動角中心φがそれぞれ暖機に最適な値に調節されるようになっている。以下では、この暖機に最適な作動角θの値を「暖機時作動角θｗ」と称し、そして同暖機に最適な作動角中心φの値を「暖機時作動角中心φｗ」と称する。

即ち、上記協調制御により吸入空気量の調整を行う態様においては、同じ吸入空気量を確保するのに「作動角θ大、且つスロットル開度Ｔａ小」とするよりも「作動角θ小、且つスロットル開度Ｔａ大」とした方がポンピングロスは小さい、即ち同じ機関出力を得るための吸入空気量及び燃料量が少なくてすむ。換言すれば、上記暖機時においてアイドル運転を継続し得るだけの機関出力を確保しながらその暖機をより効率よく行うためには、上記吸入空気量及び燃料量の多い、即ちポンピングロスの大きい「作動角θ大、且つスロットル開度Ｔａ小」状態とすることが望ましい。

但しこの場合には、当然ながら排ガスの量も増大することから排気性能の悪化が懸念されることとなる。従って、こうした排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うためには、作動角θを単に最大としてしまうよりも、排ガス量の抑制と暖機のための熱量確保とを両立するのに適した値に設定することが適切である。本実施形態では、上記暖機時作動角θｗを、暖機時においてこうした排ガス量の抑制と暖機のための熱量確保とを両立するのに最適な値として設定している。なお、暖機時作動角θｗは、電子制御装置３０による作動角θの可変制御における最大作動角θｍａｘよりも小さい値に設定されている。

本実施形態では、上記暖機時においてエンジン１０が低中回転速度運転域で運転されているとき、作動角θがこうした暖機時作動角θｗに調節（固定）されて、上記排気性能の向上、及び暖機促進が図られる。但し、このように作動角θが暖機時作動角θｗに固定されると、エンジン１０において高回転速度運転が要求された場合に、仮にスロットルバルブ１５を最大開度にしたとしても、吸入空気量の不足等によりこうした要求を満たすのが困難となる懸念がある。

そこで本実施形態では、こうした懸念を回避すべく、上記要求の生じたとき、機関回転速度Ｎｅの増加に応じて作動角θを暖機時作動角θｗから増大させるようにしている。
以下、こうした作動角θの制御等に関しその処理手順について図３〜図６のフローチャート等を参照しつつ説明する。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３０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３の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、エンジン１０の始動要求があったか否かが判定される（ステップＳ１１０）。この判定は、イグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）のオフ状態からオン状態への切り換えがなされたか否かに基づいて行われる。即ち上記切り換えがなされたときには上記始動要求有りと判定され、なされないときには上記始動要求無しと判定される。上記始動要求無しと判定された場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）には、本制御ルーチンでの処理が一旦終了される。

一方、上記始動要求有りと判定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ１２０に移行されて作動角θの目標値（目標作動角θｔ）が上記始動時作動角θｓに設定される。この始動時作動角θｓは、電子制御装置３０による作動角θの可変制御における最小作動角θｍｉｎよりも大きく設定されている。

なお、後述するが本実施形態では、エンジン１０を停止させるにあたって、目標作動角θｔを上記最大作動角θｍａｘに設定するとともに、作動角中心φの目標値（目標作動角中心φｔ）を上記始動時作動角中心φｓに設定するようになっている。即ち、エンジン１０の始動直前における作動角θ及び作動角中心φの初期設定値はそれぞれ上記最大作動角θｍａｘ、上記始動時作動角中心φｓとされている。

従って、このステップＳ１２０処理においては、目標作動角中心φｔが上記始動時作動角中心φｓに保持される（即ち吸気バルブ１６の目標バルブタイミングが最遅角バルブタイミングに保持される）とともに、この状態での機関始動に最適な始動時作動角θｓに目標作動角θｔが変更される。

そしてステップＳ１３０処理によって、現状の作動角中心φ及び作動角θがそれぞれ上記目標作動角中心φｔ、目標作動角θｔと一致するように各可変機構２１，２２が駆動制御される。これにより、作動角中心φ及び作動角θが機関始動に最適なものとなる。

次に、ステップＳ１４０において、エンジン１０の始動が完了したか否かが判定される。この判定は、クランキング用のエンジンスタータモータの回転速度よりも高速な値に設定された所定の基準速度を、機関回転速度Ｎｅが上回ったか否かに基づいて行われる。即ち、クランク角センサ３２を通じて得られた上記機関回転速度Ｎｅの検出値が上記基準速度を上回ったことをもって上記始動が完了した旨の判定がなされる。この判定処理は、上記始動が完了したと判定されるまで継続して行われる。

同ステップＳ１４０において上記始動が完了した旨判定されると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、処理がステップＳ１５０に移行され、暖機が完了したか否かの判定がなされる。この判定は水温センサ３３を通じて得られた機関冷却水温の検出値が所定値を上回ったか否かに基づいて行われる。即ち、上記検出値が上記所定値を上回ったことをもって上記暖機が完了した旨の判定がなされる。そして上記暖機が完了した旨の判定がなされた場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）には、作動角中心φ及び作動角θの制御に関して、上記暖機のための熱量確保と排気性能との両立を目的とした処理（暖機時処理）が行われることなく、暖機完了後のための通常の制御が実行される。

一方、ステップＳ１５０において上記暖機が未完である旨の判定がなされた場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）には、ステップＳ１６０において、上記暖機時処理が実行される。この暖機時処理は、上記暖機が完了したと判定されるまで継続して行われる。

図４、図５の各制御ルーチンは、それぞれ上記暖機時処理に関し、同順に、作動角θ、作動角中心φについてのものとなっている。
先ず、作動角θについての暖機時処理に関する図４の制御ルーチンを説明する。

この制御ルーチンにおいては先ず、ステップＳ２１０において、エンジン１０が低中回転速度運転域で運転されているか否かが判定される。この判定はクランク角センサ３２を通じた機関回転速度Ｎｅの検出値に基づいて行われる。そして上記低中回転速度運転域で運転されている旨の判定がなされた場合（ステップ２１０：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ２２０に移行されて目標作動角θｔが上記暖機時作動角θｗに設定される。

一方、上記ステップＳ２１０の判定結果がＮＯであるときは、エンジン１０が高回転速度運転域で運転されているとして、処理がステップＳ２３０に移行されて、目標作動角θｔが、より多量の吸入空気量を確保可能な値に設定される。即ち、上記暖機時作動角θｗよりも大きな作動角θに目標作動角θｔが設定される。

この設定処理においては、目標作動角θｔが同設定時点での機関回転速度Ｎｅに応じた値（以下、これを「機関回転速度対応値」と称する）に設定されるようになっている。本実施形態では、最大作動角θｍａｘを上限として、機関回転速度Ｎｅが高いほど上記機関回転速度対応値が大きくなるように設定されている。

図７は、始動時及び暖機時において、上記のようにして設定される目標作動角θｔと機関回転速度Ｎｅとの関係を示す図である。なお上記ＲＯＭにはこの関係に基づく制御マップが予め格納されている。

同図に示されるように、目標作動角θｔは上記低中回転速度運転域において暖機時作動角θｗに固定される。そして、上記高回転速度運転域においては、上記低中回転速度運転域と高回転速度運転域との閾値となる機関回転速度（閾速度Ｎｅ１）から機関回転速度Ｎｅが増大するほど目標作動角θｔが（最大作動角θｍａｘを上限として）増大される。目標作動角θｔがこの増大によって最大作動角θｍａｘに至った後は、機関回転速度Ｎｅがそれより増大しても上記目標作動角θｔは最大作動角θｍａｘを超えることなくこれに保持される。

そして、ステップＳ２４０では、このように設定された目標作動角θｔに対して現状の作動角θを一致させるべく作動角可変機構２２の駆動制御が実行される。従って、暖機時においてエンジン１０が低中回転速度運転域で運転されているときには、作動角θが暖機時作動角θｗに固定されることで、上記排気性能の向上が図られた上での暖機促進が極力効率よく行われるようになる。一方、上記高回転速度運転域での運転が要求されたときには、機関回転速度Ｎｅの増加に応じて作動角θが暖機時作動角θｗから増大されるため、吸入空気量の増大を通じて上記各要求が速やかに満たされるようになる。

次に、作動角中心φ即ち吸気バルブ１６のバルブタイミングについての暖機時処理に関する図５の制御ルーチンを説明する。
この制御ルーチンにおいては先ず、ステップＳ３１０において、バルブタイミング可変機構２１を駆動するための油（油圧駆動に用いられる油）の温度（油温）が所定値以上であるか否かが判定される。この判定は上記水温センサ３３に基づく機関冷却水温の検出値を参照して行われる。そして上記油温が所定値以上である旨の判定がなされた場合（ステップ３１０：ＹＥＳ）には、当該暖機時のような比較的油温の低いときではあるがしかし、或る程度の制御性をもってバルブタイミング可変機構２１を駆動可能なレベルにまで上記油の粘度が低くなっているとして、処理がステップＳ３２０に移行される。このステップＳ３２０においては、目標作動角中心φｔが上記暖機時作動角中心φｗに設定される。なお、この暖機時作動角中心φｗは、目標作動角θｔが上記暖機時作動角θｗに設定された状態において暖機に最適な作動角中心φとされており、作動角中心φの制御におけるその最大値（最進角バルブタイミングに対応する値）φｍａｘよりも小さい値に設定されている。

一方、上記ステップＳ３１０の判定結果がＮＯであるときは、上記油温が所定値未満であり上記油の粘度がバルブタイミング可変機構２１の駆動に適さないほどに高い状態にあるとして、処理がステップＳ３３０に移行されて、目標作動角中心φｔが上記初期設定値に設定される。なお、本実施形態においてこの初期設定値は、吸気バルブ１６の最遅角バルブタイミングに対応する始動時作動角中心φｓとされている。

そして、ステップＳ３４０では、このように設定された目標作動角中心φｔに対して現状の作動角中心φを一致させるべくバルブタイミング可変機構２１の駆動制御が実行される。従って、暖機時において、上記油温が上記所定値以上であるときには現状の作動角中心φが暖機時作動角中心φｗに固定されることとなる。

上記暖機時といった、バルブタイミング可変機構２１を駆動する油が低温・高粘度で同機構２１の制御性が低下しがちな場合であっても、本実施形態のような吸気バルブ１６のバルブタイミングを一定値（暖機時バルブタイミング）に固定する、といった駆動に関しては比較的精度よく行うことが可能である。従って、本実施形態のように予め「暖機時バルブタイミング」を、排気性能を良好に維持し得るタイミングに設定しておくことで、上記したような制御性の低い状況下であっても排気性能を極力良好に維持できるようになる。

また、本実施形態では、上記したように低中回転速度運転域での機関運転時において作動角θが上記暖機時作動角θｗに固定される（変動しない）ため、上記暖機時バルブタイミングを排気性能の維持に最適な値に設定することが容易となる。

図６の制御ルーチンは、エンジン１０の停止時における作動角θ、及び作動角中心φの制御に関するものである。
この制御ルーチンでは先ず、エンジン１０の停止要求があったか否かが判定される（ステップＳ４１０）。この判定は、上記ＩＧスイッチのオン状態からオフ状態への切り換えがなされたか否かに基づいて行われる。即ち上記切り換えがなされたときには上記停止要求有りと判定され、なされないときには上記停止要求無しと判定される。上記停止要求無しと判定された場合（ステップＳ４１０：ＮＯ）には、本制御ルーチンでの処理が一旦終了される。

一方、上記停止要求有りと判定された場合（ステップＳ４１０：ＹＥＳ）には、処理がステップＳ４２０に移行されて目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔがそれぞれ上記初期設定値に設定される。即ち、目標作動角θｔは上記最大作動角θｍａｘに、そして目標作動角中心φｔは上記始動時作動角中心φｓに設定される。

そして、このように設定された目標作動角θｔ、及び目標作動角中心φｔに対して現状の作動角θ、及び作動角中心φを一致させるべく各可変機構２１，２２の駆動制御が実行される（ステップＳ４３０）。

なお本実施形態では、上記ステップＳ４１０においてＹＥＳ判定がなされたとき、目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔの設定に関して、図３〜図５での目標作動角θｔ、目標作動角中心φｔの設定処理（ステップＳ１２０，ｓ２２０、Ｓ２３０，Ｓ３２０，Ｓ３３０）よりも優先して上記ステップＳ４２０処理を実行するようにしている。即ち、エンジン１０の停止要求があったときには、作動角θ及び作動角中心φは優先的に上記初期設定値に戻される。

次に、こうした目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔの設定態様例について、図８を参照して説明する。
先ず、エンジン１０の始動前、即ち停止した状態においては、目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔはそれぞれ初期設定値（最大作動角θｍａｘ、始動時作動角中心φｓ）に設定される（状態Ａ）。そしてエンジン１０の始動が要求されることにより、目標作動角θｔのみ変更されて始動時作動角θｓに設定される（状態Ｂ）。その後、エンジン１０の始動が完了し暖機中となると、例えばファーストアイドル運転時等、低中回転速度運転域での機関運転時に目標作動角θｔが暖機時作動角θｗに設定変更され、その発生熱量によって機関冷却水温が上昇し上記所定値以上となると目標作動角中心φｔが暖機時作動角中心φｗに設定変更される（状態Ｃ）。

そして、エンジン１０が高回転速度運転域で運転されると目標作動角θｔのみ変更される。即ち、目標作動角θｔは機関回転速度Ｎｅの増加に応じて上記暖機時作動角θｗから増大される。例えば機関回転速度Ｎｅが上記高回転速度運転域での運転時に変動した場合などには、目標作動角θｔが上記暖機時作動角θｗと最大作動角θｍａｘとの間の領域（状態Ｃと状態Ｄとの間）で変動することとなる。

図９は、こうした設定態様例をタイミングチャートに示したものである。即ち、上記ＩＧスイッチのオン操作とともにエンジン１０の始動が開始されると、始動前には最大作動角θｍａｘであった目標作動角θｔが始動時作動角θｓに向けて変更される（タイミングｔ１）。この際、作動角θの急激な変動を避けるために目標作動角θｔは徐々に変更される（漸減される）。

そしてエンジン１０の始動完了に伴い目標作動角θｔが暖機時作動角θｗに向けて変更される（タイミングｔ２）。この際にも、急激な作動角θの変動を避けるために目標作動角θｔは徐々に変更される（漸増される）。こうして目標作動角θｔが暖機時作動角θｗに固定されることにより、暖機時における熱量の確保と排気性能の向上との両立が図られる。

そして機関冷却水温がその上昇とともに上記所定値以上となることにより目標作動角中心φｔが暖機時作動角中心φｗに向けて変更される（タイミングｔ３）。この際、作動角中心φの急激な変動を避けるために目標作動角中心φｔは徐々に変更される（漸増される）が、この漸増度合いについては、バルブタイミング可変機構２１の上記制御性を配慮し、ゆっくりとしたものにしてもよい。

こうしてエンジン１０が低中回転速度運転域で運転されている期間は目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔが上記暖機時作動角θｗ及び暖機時作動角中心φｗにそれぞれ固定される。そして機関回転速度Ｎｅが上記閾速度Ｎｅ１を超えて高回転速度運転域での運転となった場合には、目標作動角θｔが機関運転速度の増加に応じて増大される（タイミングｔ４〜ｔ５間、及びタイミングｔ６〜ｔ７間）。これにより、高回転速度運転域において好適に機関出力が確保されるようになる。

そして、上記ＩＧスイッチがオフ操作されると、これに伴い目標作動角θｔ、目標作動角中心φｔともに上記初期設定値に戻される（タイミングｔ８）。この際においても、作動角θ及び作動角中心φにおける急激な変動等を避けるべく目標作動角θｔ及び目標作動角中心φｔは徐々に変更される（漸減される）。

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）本実施形態では、暖機時即ち機関始動直後から暖機完了までの期間においてエンジン１０が低中回転速度運転域で運転されているときに、作動角θが暖機時作動角θｗに固定されることとなるため、上記排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うことができるようになる。

また本実施形態では、高回転速度運転域での運転が要求されたとき、機関回転速度Ｎｅの増加に応じて作動角θを暖機時作動角θｗから増大させるようにしたため、上記各要求が速やかに満たされるようになる。

従って本実施形態によれば、こうした高出力要求にも柔軟に対応しながら排気性能の向上をも図りつつ、このような極力効率のよい暖機促進を行うことができるようになる。
（２）本実施形態では、暖機時において、バルブタイミング可変機構２１を通じて吸気バルブ１６の作動角中心φを予め設定された暖機時作動角中心φｗに固定する、即ち吸気バルブ１６のバルブタイミングを予め設定された暖機時バルブタイミングに固定するようにした。

従って、バルブタイミング可変機構２１を駆動するための油が比較的低温・高粘度であるといった上記制御性の低い状況下であっても、排気性能を極力良好に維持できるようになる。また、本実施形態では、上記したように低中回転速度運転域での運転時において吸気バルブ１６の作動角θが上記暖機時作動角θｗに固定される（変動しない）ため、上記暖機時作動角中心φｗ即ち暖機時バルブタイミングを排気性能の維持に最適な値に設定することが容易となる。

なお、実施の形態は上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。
・上記暖機時において、上記暖機時作動角θｗへの作動角θの固定、及び上記暖機時作動角中心φｗへの作動角中心φの固定等に加えて、点火プラグ１８の点火時期を遅角させることにより機関出力を低減させてその分だけ発生熱量を増大させるようにし、これにより暖機の促進を図るようにしてもよい。

・上記油温に拘わることなくバルブタイミング可変機構２１を駆動するようにしてもよい。即ち上記実施形態では、油温が所定値以上であることを条件に作動角中心φを始動時作動角中心φｓから暖機時作動角中心φｗに変更したが、こうした条件を廃し、例えば、作動角θを始動時作動角θｓから暖機時作動角θｗに変更する際にこれと同時に作動角中心φの上記変更を行うようにしてもよい。

・上記バルブタイミングについては、上記した暖機時処理（図５の制御ルーチンに係るもの）を行わないようにしてもよい。更には、例えば、バルブタイミング可変機構２１を備えないエンジン１０において、上記作動角θに関する制御のみ適用するようにしてもよい。

・上記実施形態では、上記暖機時において、エンジン１０の低中回転速度運転域に作動角θを予め設定された暖機時作動角θｗに固定し、高回転速度運転域では作動角θを機関回転速度Ｎｅの増加に応じて暖機時作動角θｗから増大させるようにしたが、これに限らず、以下のようにしてもよい。即ち、上記態様に代えて、例えば、上記暖機時において、エンジン１０の低中負荷域に作動角θを暖機時作動角θｗに固定し、高負荷域では作動角θを機関負荷の増加に応じて暖機時作動角θｗから増大させる、といった態様を採用してもよい。機関負荷に関しては、例えば、アクセルポジションセンサ３１を通じて得られたアクセルペダルの踏み込み量の検出値やエアフローメータ１４を通じて得られた吸入空気量の検出値等を参照して把握するようにする。

上記態様においては、上記低中負荷域に作動角θが暖機時作動角θｗに固定されるため上記排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うことができるようになる。また、高負荷域での運転が要求された場合に、機関負荷の増加に応じて作動角θを暖機時作動角θｗから増大させるようにしたため、上記要求が速やかに満たされるようになる。従って、こうした高出力要求にも柔軟に対応しながら排気性能の向上をも図りつつ、このような極力効率のよい暖機促進を行うことができるようになる。

また例えば、上記暖機時において、エンジン１０の要求吸入空気量が所定空気量以下であることを条件に作動角θを暖機時作動角θｗに固定し、上記要求吸入空気量が上記所定空気量より多いことを条件に作動角θを同要求吸入空気量の増加に応じて暖機時作動角θｗから増大させる、といった態様を採用してもよい。上記要求吸入空気量に関しては、例えば、アクセルポジションセンサ３１を通じて得られたアクセルペダルの踏み込み量の検出値等を参照して把握するようにする。

上記態様においては、上記要求吸入空気量が所定空気量以下であるときに作動角θが暖機時作動角θｗに固定されるため上記排気性能の向上を図りつつ暖機促進を極力効率よく行うことができるようになる。また、上記所定空気量より多い吸入空気量が要求された場合に、要求吸入空気量の増加に応じて作動角θを暖機時作動角θｗから増大させるようにしたため、上記要求が速やかに満たされるようになる。従って、こうした高出力要求にも柔軟に対応しながら排気性能の向上をも図りつつ、このような極力効率のよい暖機促進を行うことができるようになる。

また、要求吸入空気量の多寡を条件とするこうした態様においては、上記「所定空気量」を、作動角θを暖機時作動角θｗとした状態でスロットルバルブ１５を最大開度としたときに得られる空気量（以下これを基準空気量ＧａＣと称する）に設定するのが望ましい。

この場合、要求吸入空気量が上記「所定空気量」以下であれば作動角θが暖機時作動角θｗから変更されないことから、暖機促進と排気性能とを好適に両立し得る要求吸入空気量の上限は基準空気量ＧａＣと等しくなる。

ここで仮に、上記「所定空気量」を、基準空気量ＧａＣよりも少量に設定した場合には、この設定をしない場合と比較して、上記暖機促進と排気性能とを好適に両立し得る要求吸入空気量の上限が小さくなってしまう。従ってこの場合、仮に、要求吸入空気量が基準空気量ＧａＣにまで増大したときには、作動角θが暖機時作動角θｗから変更されることとなるため、上記両立のバランスが最適点から変化する懸念が生じてしまう。その点、上記のように「所定空気量」を基準空気量ＧａＣに設定することで、こうした懸念を解消できる。

一方、仮に、上記「所定空気量」を、基準空気量ＧａＣよりも多量に設定した場合には、この設定空気量より少なく且つ上記基準空気量ＧａＣより多い吸入空気量が要求されたときこの要求に対応した吸入空気量調節ができなくなる。その点、上記のように「所定空気量」を基準空気量ＧａＣに設定することで、こうした調節不可能な要求吸入空気量をなくすことができる。

従って、上記「所定空気量」を基準空気量ＧａＣに設定することにより、調節不可能な要求吸入空気量をなくした状態で、上記暖機促進と排気性能とを好適に両立し得る要求吸入空気量の上限を最大とすることができるようになる。

一実施形態のエンジンの制御系を示す模式図。 同実施形態に適用されるＶＴ可変機構（ａ）及び作動角可変機構（ｂ）のバルブ特性の可変態様を示す図。 同実施形態において暖機時処理の開始条件の成立を判定する制御ルーチンを示すフローチャート。 同実施形態における作動角に係る暖機時処理のフローチャート。 同実施形態におけるバルブタイミングに係る暖機時処理のフローチャート。 同実施形態におけるエンジン停止時の作動角及びバルブタイミングに係る処理のフローチャート。 機関回転速度と目標作動角との関係についての制御マップに関しその構成を説明するための図。 同実施形態における作動角及び作動角中心の制御態様例を示す図。 同実施形態における作動角及び作動角中心の制御態様例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…エンジン、１５…スロットルバルブ、１６…吸気バルブ、２１…バルブタイミング可変機構、２２…作動角可変機構、３０…電子制御装置、Ｎｅ…機関回転速度、Ｔａ…スロットル開度、θ…作動角、θｗ…暖機時作動角。

Claims (2)

1. 吸気バルブの作動角を可変とする作動角可変機構を備えるとともに、前記吸気バルブの作動角とスロットルバルブの開度との協調制御により吸入空気量の調整を行う内燃機関の制御装置であって、
   機関始動直後から暖機完了までの期間、当該機関の低中回転速度運転域では前記作動角を予め設定された暖機時作動角に固定する一方、前記期間内において当該機関の高回転速度運転域では前記作動角を機関回転速度の増加に応じて前記暖機時作動角から増大させ、前記期間内において前記高回転速度運転域から同運転域よりも低回転の運転域に戻った場合には前記作動角を前記暖機時作動角に戻す
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関は、前記吸気バルブのバルブタイミングを可変とする油圧駆動式のバルブタイミング可変機構を備え、前記機関始動直後から暖機完了までの期間において、前記吸気バルブのバルブタイミングを予め設定された暖機時バルブタイミングに固定する
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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