内燃機関の制御装置
【課題】吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合であっても、回転数の収束性及び回転数制御の応答性を高く維持することができるようにする。
【解決手段】内燃機関は吸気弁７の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構Ｂと、スロットル弁１７とを具備する。制御装置は、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う。回転数制御を実行するにあたり、回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【解決手段】内燃機関は吸気弁７の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構Ｂと、スロットル弁１７とを具備する。制御装置は、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う。回転数制御を実行するにあたり、回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関負荷にかかわらず実圧縮比をほぼ一定に維持するようにした火花点火式内燃機関が公知である（例えば、特許文献１を参照）。特に、特許文献１に記載の火花点火式内燃機関では、内燃機関の運転中において、機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比を増大させると共に吸気弁の閉弁時期を吸気上死点に向けて遅角させることで、実圧縮比を一定に維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０６２８８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、アイドル運転時には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときには機関回転数が目標アイドル回転数となるようにスロットル弁開度を変化させて吸入空気量を制御する回転数制御を行うことが知られている。このような回転数制御を行うことで、アイドル運転時に機関回転数を目標アイドル回転数付近に維持することができるようになる。
【０００５】
一方、特許文献１に記載されたような火花点火式内燃機関では、アイドル運転時において吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合がある。このような場合、機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下すると、一旦燃焼室に流入した後に吸気ポート内へ吹き返される吸気ガスの量が増大することになり、結果的に燃焼室内に供給される吸入空気量があまり増大しない。燃焼室内に供給される吸入空気量が増大しないと、発生トルクも増大しない。ここで、機関回転数が目標アイドル回転数より低下したときには、本来であれば機関回転数を高めるべく発生トルクを増大させることが必要である。しかしながら、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合には発生トルクがあまり増大しないため、結果的に機関回転数の収束性の悪化を招くことになる。
【０００６】
また、アイドル運転時において吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合、進角側となっている場合に比べて、吸気管内負圧の変化に対する燃焼室内に供給される吸入空気量の変化量が小さくなる。このため、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合には、燃焼室内に供給される吸入空気量を或る量だけ変化させるのに、吸気管内負圧を大きく変化させることが必要になり、よってスロットル弁による回転数制御における応答性の低下を招くことになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、吸気弁の閉弁時期を変更可能な内燃機関の制御装置において、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合であっても、回転数の収束性及び回転数制御の応答性を高く維持することができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、スロットル弁とを具備し、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う内燃機関の制御装置において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側にある場合には、吸気弁の閉弁時期の補正量がゼロにされる。
【００１０】
第３の発明では、第１の発明において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時における吸気弁の閉弁時期が遅角側になるほど、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【００１１】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには吸気弁の閉弁時期が遅角側に補正されると共に実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには吸気弁の閉弁時期が進角側に補正され、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量は、機械圧縮比が低いほど小さくされる。
【００１３】
第６の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには、吸気弁の閉弁時期の遅角量はゼロにされると共に機械圧縮比が低下せしめられる。
【００１４】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記回転数制御の実行中に機関回転数のハンチングが生じた場合には、実際の機関回転数と目標アイドル回転数とのズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が小さくされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合であっても、回転数の収束性及び回転数制御の応答性を高く維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】火花点火式内燃機関の全体図である。
【図２】可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３】図解的に表した内燃如何の側面断面図である。
【図４】可変バルブタイミング機構を示す図である。
【図５】吸気弁及び排気弁のリフト量を示す図である。
【図６】機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比を説明するための図である。
【図７】理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【図８】通常のサイクル及び超高膨張比サイクルを説明するための図である。
【図９】機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。
【図１０】機関回転数とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室内に供給される吸入空気量との関係を示す図である。
【図１１】吸気管内負圧とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室内に供給される吸入空気量との関係を示す図である。
【図１２】機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１３】吸気弁の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。
【図１４】吸気弁の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。
【図１５】アイドル運転時の回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】第二実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１７】第三実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１８】第四実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量及び機械圧縮比補正量との関係を示す図である。
【図１９】第五実施形態におけるアイドル運転時の回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１８】
図１に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付ける代りに各燃焼室５内に配置してもよい。
【００１９】
サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いたエアフロメータ１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１９内には空燃比センサ２１が配置される。また、シリンダブロック２には機関冷却水温を検出するための水温センサ２２が取り付けられている。
【００２０】
一方、図１に示した実施形態ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられており、さらに実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Ｂが設けられている。なお、図１に示した実施形態ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Ｂは吸気弁７の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。
【００２１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１８、空燃比センサ２１及び水温センサ２２の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２と車速に比例した出力パルスを発生する車速センサ４３とが接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。
【００２２】
図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００２３】
図２に示したように一対のカムシャフト５４、５５が設けられており、各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には図３に示すように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。また、図２に示したようにカムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２５が取付けられている。
【００２４】
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定された円形カム５８を図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示した方向に回転させると図３（Ｃ）に示したように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００２５】
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）にはそれぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００２６】
図３（Ａ）から図３（Ｃ）を比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、したがって各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。
【００２７】
図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１、６２が取付けられており、これらウォーム６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図１から図３に示される可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。
【００２８】
一方、図４は図１において吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Ｂを示している。図４を参照すると、この可変バルブタイミング機構Ｂは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気弁駆動用カムシャフト７０と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを具備しており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。
【００２９】
各油圧室７６、７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６、７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９、８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３、８４と、各ポート７９、８０、８２、８３、８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。
【００３０】
吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を進角すべきときは図４においてスプール弁８５が右方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転せしめられる。
【００３１】
これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を遅角すべきときは図４においてスプール弁８５が左方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。
【００３２】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転せしめられているときにスプール弁８５が図４に示した中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。したがって可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。
【００３３】
図５において実線は可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も遅角されているときを示している。したがって吸気弁７の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、したがって吸気弁７の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
【００３４】
図１及び図４に示した可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００３５】
次に図６を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には説明のために燃焼室容積が５０mlでピストンの行程容積が５００mlであるエンジンが示されており、これら図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。
【００３６】
図６（Ａ）は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示した例ではこの機械圧縮比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。
【００３７】
図６（Ｂ）は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち、図６（Ｂ）に示したように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。したがって実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図６（Ｂ）に示した例では実圧縮比は（５０ml＋４５０ml）／５０ml＝１０となる。
【００３８】
図６（Ｃ）は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示した例ではこの膨張比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。
【００３９】
次に図７及び図８を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図７は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図８は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。
【００４０】
図８（Ａ）は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図８（Ａ）に示す例でも図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す例と同様に燃焼室容積が５０mlとされ、ピストンの行程容積が５００mlとされている。図８（Ａ）からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１であり、実圧縮比もほぼ１１であり、膨張比も（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。すなわち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。
【００４１】
図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも１２程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。
【００４２】
一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見出されたのである。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。
【００４３】
これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。したがって膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。
【００４４】
このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、したがって実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図８（Ｂ）は可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。
【００４５】
図８（Ｂ）を参照すると、この例では可変圧縮比機構Ａにより燃焼室容積が５０mlから２０mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Ｂによって実際のピストン行程容積が５００mlから２００mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は（２０ml＋２００ml）／２０ml＝１１となり、膨張比は（２０ml＋５００ml）／２０ml＝２６となる。図８（Ａ）に示した通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ１１で膨張比が１１であり、この場合に比べると図８（Ｂ）に示した場合には膨張比のみが２６まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。
【００４６】
一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、したがって機関運転時における熱効率を向上させるためには、すなわち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図８（Ｂ）に示した超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室５内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、したがってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。したがって本発明では機関負荷が比較的低いときには図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示す通常のサイクルとするようにしている。
【００４７】
次に図９を参照しつつ運転制御全般について説明する。
図９には機関負荷に応じた機械圧縮比、膨張比、吸気弁７の閉弁時期、実圧縮比、吸入空気量、スロットル弁１７の開度およびポンピング損失の各変化が示されている。なお、本発明による実施例では触媒コンバータ２０内の三元触媒によって排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxを同時に低減しうるように通常燃焼室５内における平均空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている。
【００４８】
さて、前述したように機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示した通常のサイクルが実行される。したがって図９に示したようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図９において実線で示したように吸気弁７の閉弁時期は図５において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁１７の開度は全開又はほぼ全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。
【００４９】
一方、図９において実線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁７の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図９に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁１７は全開状態に保持されており、したがって燃焼室５内に供給される吸入空気量はスロットル弁１７によらずに吸気弁７の閉弁時期を変えることによって制御されている。このときにもポンピング損失は零となる。
【００５０】
このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が減少せしめられる。したがってピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図９に示した例では燃焼室５内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は燃料量に比例して変化していることになる。
【００５１】
機関負荷がさらに低くなると機械圧縮比はさらに増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷Ｌ1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室５の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時及び機関低負荷運転時には、すなわち機関低負荷運転側では、機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。
【００５２】
一方、図９に示した実施形態では機関負荷がＬ1まで低下すると吸気弁７の閉弁時期が燃焼室５内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。
【００５３】
吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁７の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図９に示した実施形態ではこのとき、すなわち吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁１７によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁１７の開度は小さくされる。
【００５４】
一方、図９において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁７の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁１７によらずに吸入空気量を制御することができる。したがって、図９において実線で示した場合と破線で示した場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施形態では吸気弁７の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期Ｌ1まで吸気下死点ＢＤＣから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁７の閉弁時期を図９において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができるが、以下本発明について吸気弁７の閉弁時期を図９において実線で示すように変化させた場合を例にとって説明する。
【００５５】
ところで前述したように図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が２６とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図７からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε＝５に対しても２０以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。したがって本発明では膨張比が２０以上となるように可変圧縮比機構Ａが形成されている。
【００５６】
さて、図９に示したようにアイドル運転時には通常、吸気弁７の閉弁時期は限界閉弁時期付近となっている。しかしながら、本実施形態では、アイドル運転時における吸気弁７の閉弁時期は必要に応じて種々に変更せしめられる。例えば、サージタンク１２内の負圧によって作動する装置（ブレーキブースター等）のためにサージタンク１２内に負圧を発生させることが必要な場合等においては、スロットル弁開度が比較的小さくされ、これに伴って吸気弁７の閉弁時期が或る程度進角せしめられる。したがって、本実施形態では、吸気弁７の閉弁時期は、限界閉弁時期から進角側の時期までの間で様々な時期に設定せしめられることになる。
【００５７】
ところで、一般に、アイドル運転時には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときには機関回転数が目標アイドル回転数となるようにスロットル弁開度を変化させて吸入空気量を制御する回転数制御が行われる。一方、上述したように本実施形態の火花点火式内燃機関では、アイドル運転時には限界閉弁時期から進角側の時期までの間の様々な時期に設定される。特に、アイドル運転時に吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期にされていると、回転数の収束性や制御性が悪化する。以下、このことについて説明する。
【００５８】
図１０は、機関回転数とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室５内に供給される吸入空気量との関係を示している。図１０からわかるように、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合（例えば、図中の６０°ＡＢＤＣ）、機関回転数が小さくなるにつれて一回転当たりの吸入空気量が大きく増大する。このため、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下すると、燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大し、これに伴って発生トルクが増大し、結果的に機関回転数が増大することになる。このため、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合には、特に積極的な制御を行わなくても機関回転数が目標アイドル回転数付近に収束するようになる。
【００５９】
一方、図１０からわかるように、アイドル運転時において吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合（例えば、図中の１３０°ＡＢＤＣ）、機関回転数が小さくなっても一回転当たり吸入空気量はそれほど増大しない。このため、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下しても、燃焼室５内に供給される吸入空気量はそれほど増大せず、よって発生トルクもそれほど増大せず、結果的に機関回転数はあまり増大しないことになる。このため、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合には、機関回転数の収束性が低下することになる。
【００６０】
図１１は、吸気管内（サージタンク１２内）負圧とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室５内に供給される吸入空気量との関係を示している。図１１からわかるように、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合（例えば、図中の６０°ＡＢＤＣ）、吸気管内負圧の変化量に対する一回転当たりの吸入空気量の変化量が大きい。このため、機関回転数が目標アイドル回転数からずれている場合に、このずれがなくなるように燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させるのに必要な吸気管負圧の変化量は小さい。このため、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれていても、比較的迅速に機関回転数を目標アイドル回転数に近づけることができ、よって回転数制御における応答性は比較的高い。
【００６１】
ところが、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合（例えば、図中の１３０°ＡＢＤＣ）、吸気管内負圧の変化量に対する一回転当たりの吸入空気量の変化量が小さい。このため、機関回転数が目標アイドル回転数からずれている場合に、このずれがなくなるように燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させるのに必要な吸気管負圧の変化量は大きい。このため、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれると、機関回転数を目標アイドル回転数に迅速に近づけることができず、よって回転数制御における応答性は比較的低いものとなってしまう。
【００６２】
ところで、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときに目標アイドル回転数になるように機関回転数を制御する方法としては、スロットル弁開度を変化させる他に、吸気弁７の閉弁時期を変化させることが挙げられる。吸気弁７の閉弁時期を進角させると燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大せしめられるため、発生トルクを大きくさせることができ、結果的に機関回転数を上昇させることがでる。一方、吸気弁７の閉弁時期を遅角させると燃焼室５内に供給される吸入空気量が減少せしめられるため、発生トルクを小さくさせることができ、結果的に機関回転数を低下させることができる。
【００６３】
また、スロットル弁開度を変化させて燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させる場合には、スロットル弁開度の変化によってサージタンク１２内の負圧が変化し、この負圧の変化によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化せしめられるため、スロットル弁開度を変化させてから燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化するまでに時間がかかる。このため、スロットル弁開度を変化させることで機関回転数を制御する場合には、応答性はそれほど高くない。
【００６４】
一方、吸気弁７の閉弁時期を変化させて燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させる場合には、吸気弁７の閉弁時期を変化させると直ぐに燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化する。このため、吸気弁７の閉弁時期を変化させることで機関回転数の制御をする場合には、比較的高い応答性で機関回転数を制御することができる。
【００６５】
そこで、本発明の実施形態では、吸気弁７の閉弁時期が遅角側の時期となっている場合、すなわち機関回転数の収束性が悪化すると共にスロットル弁開度による回転数制御の応答性が低い場合には、スロットル弁開度及び吸気弁７の閉弁時期のうち吸気弁７の閉弁時期によって機関回転数の制御を行う割合を大きくすると共に、吸気弁７の閉弁時期が進角側の時期となっている場合、すなわち機関回転数の収束性が良く且つスロットル弁開度による回転数制御の応答性が高い場合には、スロットル弁開度及び吸気弁７の閉弁時期のうちスロットル弁開度によって機関回転数の制御を行う割合を大きくするようにしている。
【００６６】
以下、本実施形態における、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときの吸気弁７の閉弁時期の補正量の算出方法について説明する。
【００６７】
図１２は、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１２における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。したがって、機関回転数のズレ量が図１２中のａである場合には、吸気弁７の閉弁時期をｘだけ進角させることにより、機関回転数がズレ量ａだけ上昇するのに必要な分だけ燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大する。その結果、スロットル弁開度等を変更することなく機関回転数を目標アイドル回転数にすることができる。図１２からわかるように、吸気弁７の閉弁時期は、機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには遅角せしめられ、機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには進角せしめられる。また、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量の絶対値は、目標アイドル回転数からの機関回転数のズレ量が大きくなるほど大きくなる。
【００６８】
図１３は、吸気弁７の閉弁時期等の補正を行う前における吸気弁７の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。図１３からわかるように、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め設定された基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には補正反映率はほぼゼロとされる。一方、吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には吸気弁７の閉弁時期が遅角されるのに伴って補正反映率が高くなり、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期にまで遅角されているときには補正反映率がほぼ１とされる。
【００６９】
本実施形態では、図１２に示したような目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を表すマップに基づいて吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量を算出すると共に、図１３に示したような吸気弁７の閉弁時期と補正反映率との関係を表すマップに基づいて補正反映率を算出し、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量に補正反映率を乗算することで得られた吸気弁７の閉弁時期の補正量の分だけ吸気弁７の閉弁時期が変更せしめられる。
【００７０】
したがって、補正前の吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれていても補正反映率がゼロであるため吸気弁７の閉弁時期は補正されない。一方、補正前の吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれていると、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と補正反映率とに応じて吸気弁７の閉弁時期が補正されることになる。このときの吸気弁７の閉弁時期の補正量は、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量が大きくなるほど及び補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側であるほど大きくなる。
【００７１】
一方、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれているにも関わらず吸気弁７の閉弁時期が補正されない場合や、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量に対する吸気弁７の閉弁時期の補正量が十分でない場合には、機関回転数が目標アイドル回転数になるようにスロットル弁開度が補正されることになる。したがって、補正前の吸気弁７の閉弁時期が進角側の時期にある場合には、吸気弁７の閉弁時期は補正されずにスロットル弁開度のみが補正されることになる。一方、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側にある場合には、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側であるほど吸気弁７の閉弁時期の補正量が大きくなり、逆にスロットル弁開度の補正量が小さくなることになる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、吸気弁７の閉弁時期に対する補正反映率は、吸気弁７の閉弁時期に基づいて図１３に示したように算出される。しかしながら、必ずしも吸気弁７の閉弁時期に基づいて図１３に示したように算出される必要はなく、例えば図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示したように算出されてもよい。
【００７３】
図１４（ａ）に示した例では、補正前における吸気弁７の閉弁時期が最も進角されているときのみ補正反映率がほぼゼロとされると共に、補正前における吸気弁７の閉弁時期が遅角されるのに伴って補正反映率が高くされる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期にまで遅角される前に補正反映率が１とされ、そこから限界閉弁時期までは補正反映率が１とされている。一方、図１４（ｂ）に示した例では、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には補正反映率はゼロ又はほぼゼロとされ、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には補正反映率は１又はほぼ１とされる。
【００７４】
したがって、これら図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示した例をまとめると、本実施形態では、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側の時期である場合には、進角側の時期である場合に比べて、目標アイドル回転数に対する機関回転数の同一ズレ量に対する吸気弁７の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされると言える。
【００７５】
図１５は、アイドル運転時における回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎に実行される。
【００７６】
まず、ステップＳ１１では、車両状態及び機関運転状態に関するパラメータが検出される。具体的には、車速センサ４３によって内燃機関を搭載した車両の車速が検出されると共に、負荷センサ４１、水温センサ２２、クランク角センサ４３によってそれぞれ機関負荷、機関冷却水の温度、機関回転数等が検出され、また、現在の吸気弁７の閉弁時期等も検出される。
【００７７】
次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された車両状態及び機関運転状態に関するパラメータに基づいて、内燃機関がアイドル運転中であるか否かが判定される。内燃機関がアイドル運転中でないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、内燃機関がアイドル運転中であると判定された場合にはステップＳ１３へと進む。
【００７８】
ステップＳ１３では、目標アイドル回転数ＮｅｔｒｇとステップＳ１１で検出された現在の機関回転数Ｎｅとのズレ量ΔＮｅ（＝Ｎｅ−Ｎｅｔｒｇ）が算出される。目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇは予め定められた一定値であっても良いし、機関冷却水の温度や外気温等に基づいて変化するような値であってもよい。
【００７９】
ステップＳ１４では、図１２に示したようなマップに基づいて、ステップＳ１３で算出された機関回転数のズレ量ΔＮｅを用いて、ＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅが算出される。次いで、ステップＳ１５では、図１３に示したようなマップに基づいて、ステップＳ１１で検出された吸気弁７の閉弁時期を用いて、補正反映率Ｋが算出される。ステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出されたＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅに補正反映率Ｋを乗算してＩＶＣ補正量ΔＩＶＣが算出される。
【００８０】
次いで、ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出されたＩＶＣ補正量ΔＩＶＣ分だけ吸気弁７の閉弁時期が補正されるように可変バルブタイミング機構Ｂが制御される。次いで、ステップＳ１８では、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるようにスロットル弁開度が補正される。このとき、スロットル弁開度の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【００８１】
なお、上記実施形態では、ステップＳ１８では、スロットル弁開度のみを補正している。しかしながら、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるように、スロットル弁開度に加えて点火プラグ６による点火時期を補正してもよい。この場合においても、スロットル弁開度の補正量及び点火時期の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【００８２】
次に、図１６を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における内燃機関の制御装置は、第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、第二実施形態では、機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量とのマップとして、図１３に示したマップとは異なるマップが用いられる。
【００８３】
図１６は、第二実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１６における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも小さい量となっている。
【００８４】
したがって、本実施形態では、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁７の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁７の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる。
【００８５】
ここで、吸気弁７の閉弁時期を遅角すると、実圧縮比は低下する。実圧縮比が低下し過ぎると燃焼室５内における混合気の燃焼が悪化する場合がある。本実施形態では、吸気弁７の閉弁時期の遅角に関してはその遅角量が低く抑えられるため、混合気の燃焼悪化を抑制することができる。
【００８６】
次に、図１７を参照して本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における内燃機関の制御装置は、基本的に第一実施形態の制御装置と同様である。しかしながら、第三実施形態でも、機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量とのマップとして、図１３に示したマップとは異なるマップが用いられる。
【００８７】
図１７は、第三実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１７における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、機械圧縮比に応じて変化するようになっている。
【００８８】
具体的には、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、機械圧縮比が低いほど遅角側の補正量が小さくされており、機械圧縮比が限界機械圧縮比となるまで高められているときには、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。
【００８９】
このように、機械圧縮比が低いほど遅角側の補正量を小さくすることにより、上記第二実施形態と同様に、実圧縮比の低下を抑制することができ、これにより混合気の燃焼悪化を抑制することができる。
【００９０】
次に、図１８を参照して本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態における内燃機関の制御装置は第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、本実施形態では、機関回転数が目標アイドル回転数からずれているときに、吸気弁７の閉弁時期等に加えて機械圧縮比も補正される。
【００９１】
図１８は、本実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と、吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量及び機械圧縮比の補正量との関係を示す図である。図１８における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量はゼロとなっている。したがって、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期の補正は行われない。
【００９２】
一方、図１８からわかるように、回転数ズレ量がマイナスである領域では、機械圧縮比の補正量はゼロとされる。これに対して、回転数ズレ量がプラスである領域では、機械圧縮比が低下するように補正されると共に、その補正量は回転数ズレ量が大きくなるにつれて大きくされる。
【００９３】
したがって、本実施形態では、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期を進角することにより機関回転数の補正が行われ、回転数ズレ量がマイナスである領域では、機械圧縮比を低下させることにより機関回転数の補正が行われる。
【００９４】
ここで、燃費向上の観点から機関低負荷運転時には吸気弁７の閉弁時期は限界閉弁時期まで遅角されているのが好ましい。しかしながら、機関低負荷運転時に吸気弁７の閉弁時期を限界閉弁時期にまで遅角させていると、アイドル運転時における回転数制御において、吸気弁７の閉弁時期をそれ以上遅角させることができなくなってしまう。
【００９５】
本実施形態では、アイドル運転中の回転数制御を行うに当たっては吸気弁７の閉弁時期を遅角側に補正する必要はないため、アイドル運転時における吸気弁７の閉弁時期の基本設定を限界閉弁時期にまで遅角させることができる。
【００９６】
なお、上記実施形態で機械圧縮比の補正量は回転数ズレ量が大きくなるほど大きくされている。しかしながら、機械圧縮比の補正量が大きくなり過ぎると、すなわち機械圧縮比が低下し過ぎると失火を招く恐れがあることから、補正後の機械圧縮比が所定の下限値を超える場合には機械圧縮比をこの所定の下限値に設定するようにしてもよい。
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態における内燃機関の制御装置は第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、本実施形態では、アイドル運転時の回転数制御において機関回転数のハンチングが生じた場合には吸気弁７の閉弁時期の補正量を小さくするように学習制御が行われる。
【００９８】
ところで、図１２に示したようなマップは、予め実験により又は計算により内燃機関の種類毎に求められる。図１２における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、上述したように吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量となっている。しかしながら、同一種類の内燃機関でも個体差があったり、内燃機関に経年劣化が生じたりすると、この暫定補正量が、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも多くなったり少なくなったりしてしまう。特に、この暫定補正量が吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも多くなってしまうと、過補正により機関回転数のハンチングが生じてしまう。
【００９９】
そこで、本実施形態では、図１２に示したマップ等によって算出される暫定補正量、又はこの暫定補正量に補正反映率を乗算して求められる吸気弁７の閉弁時期の補正量に学習値を乗算すると共に、ハンチングが生じていると判定した場合にはこの学習値を小さくするようにしている。これにより、吸気弁７の閉弁時期を過補正してしまうことが無くなり、回転数制御を安定させることができる。
【０１００】
図１９は、本実施形態のアイドル運転時における回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎に実行される。
【０１０１】
ステップＳ２１〜Ｓ２５は、図１５のステップＳ１１〜Ｓ１５と同様であるので説明を省略する。ステップＳ２６では、ステップＳ２４で算出されたＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅに補正反映率Ｋ及び学習値Ｇを乗算してＩＶＣ補正量ΔＩＶＣが算出される。
【０１０２】
次いで、ステップＳ２７では、ステップＳ２５で算出されたＩＶＣ補正量ΔＩＶＣ分だけ吸気弁７の閉弁時期が補正されるように可変バルブタイミング機構Ｂが制御される。次いで、ステップＳ２８では、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるようにスロットル弁開度が補正される。このとき、スロットル弁開度の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【０１０３】
ステップＳ２９では、機関回転数のハンチングが生じているか否かが判定される。具体的な判定方法としては、一定時間内に機関回転数が目標アイドル回転数に対して上下した回数が所定回数以上である場合等に機関回転数にハンチングが生じていると判定される。ステップＳ３０では、ハンチングが生じているか否かが判定され、ハンチングが生じていないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３０においてハンチングが生じていると判定された場合にはステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では学習値Ｇから予め定められた一定値Ａを減算した値が新たな学習値Ｇとされ、次回の制御ルーチンにおけるステップＳ２６では、この新たな学習値Ｇが用いられる。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、ハンチングが生じていると判定した場合にのみ学習値を小さくするようにしているが、長期間ハンチングが生じていない場合には学習値を大きくするようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ クランクケース
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 燃焼室
７ 吸気弁
１７ スロットル弁
Ａ 可変圧縮比機構
Ｂ 可変バルブタイミング機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と吸気弁の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構とを具備し、機関負荷にかかわらず実圧縮比をほぼ一定に維持するようにした火花点火式内燃機関が公知である（例えば、特許文献１を参照）。特に、特許文献１に記載の火花点火式内燃機関では、内燃機関の運転中において、機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比を増大させると共に吸気弁の閉弁時期を吸気上死点に向けて遅角させることで、実圧縮比を一定に維持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０６２８８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、アイドル運転時には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときには機関回転数が目標アイドル回転数となるようにスロットル弁開度を変化させて吸入空気量を制御する回転数制御を行うことが知られている。このような回転数制御を行うことで、アイドル運転時に機関回転数を目標アイドル回転数付近に維持することができるようになる。
【０００５】
一方、特許文献１に記載されたような火花点火式内燃機関では、アイドル運転時において吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合がある。このような場合、機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下すると、一旦燃焼室に流入した後に吸気ポート内へ吹き返される吸気ガスの量が増大することになり、結果的に燃焼室内に供給される吸入空気量があまり増大しない。燃焼室内に供給される吸入空気量が増大しないと、発生トルクも増大しない。ここで、機関回転数が目標アイドル回転数より低下したときには、本来であれば機関回転数を高めるべく発生トルクを増大させることが必要である。しかしながら、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合には発生トルクがあまり増大しないため、結果的に機関回転数の収束性の悪化を招くことになる。
【０００６】
また、アイドル運転時において吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合、進角側となっている場合に比べて、吸気管内負圧の変化に対する燃焼室内に供給される吸入空気量の変化量が小さくなる。このため、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合には、燃焼室内に供給される吸入空気量を或る量だけ変化させるのに、吸気管内負圧を大きく変化させることが必要になり、よってスロットル弁による回転数制御における応答性の低下を招くことになる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、吸気弁の閉弁時期を変更可能な内燃機関の制御装置において、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合であっても、回転数の収束性及び回転数制御の応答性を高く維持することができる制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、スロットル弁とを具備し、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う内燃機関の制御装置において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側にある場合には、吸気弁の閉弁時期の補正量がゼロにされる。
【００１０】
第３の発明では、第１の発明において、上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時における吸気弁の閉弁時期が遅角側になるほど、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる。
【００１１】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには吸気弁の閉弁時期が遅角側に補正されると共に実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには吸気弁の閉弁時期が進角側に補正され、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる。
【００１２】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量は、機械圧縮比が低いほど小さくされる。
【００１３】
第６の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには、吸気弁の閉弁時期の遅角量はゼロにされると共に機械圧縮比が低下せしめられる。
【００１４】
第７の発明では、第１〜第６のいずれか一つの発明において、上記回転数制御の実行中に機関回転数のハンチングが生じた場合には、実際の機関回転数と目標アイドル回転数とのズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が小さくされる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸気弁の閉弁時期がかなり遅角側となっている場合であっても、回転数の収束性及び回転数制御の応答性を高く維持することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】火花点火式内燃機関の全体図である。
【図２】可変圧縮比機構の分解斜視図である。
【図３】図解的に表した内燃如何の側面断面図である。
【図４】可変バルブタイミング機構を示す図である。
【図５】吸気弁及び排気弁のリフト量を示す図である。
【図６】機械圧縮比、実圧縮比及び膨張比を説明するための図である。
【図７】理論熱効率と膨張比との関係を示す図である。
【図８】通常のサイクル及び超高膨張比サイクルを説明するための図である。
【図９】機関負荷に応じた機械圧縮比等の変化を示す図である。
【図１０】機関回転数とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室内に供給される吸入空気量との関係を示す図である。
【図１１】吸気管内負圧とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室内に供給される吸入空気量との関係を示す図である。
【図１２】機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１３】吸気弁の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。
【図１４】吸気弁の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。
【図１５】アイドル運転時の回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】第二実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１７】第三実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量との関係を示す図である。
【図１８】第四実施形態における機関回転数のズレ量と吸気弁の閉弁時期の暫定補正量及び機械圧縮比補正量との関係を示す図である。
【図１９】第五実施形態におけるアイドル運転時の回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１８】
図１に火花点火式内燃機関の側面断面図を示す。
図１を参照すると、１はクランクケース、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は燃焼室５の頂面中央部に配置された点火プラグ、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート８内に向けて燃料を噴射するための燃料噴射弁１３が配置される。なお、燃料噴射弁１３は各吸気枝管１１に取付ける代りに各燃焼室５内に配置してもよい。
【００１９】
サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータ１６によって駆動されるスロットル弁１７と例えば熱線を用いたエアフロメータ１８とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９を介して例えば三元触媒を内蔵した触媒コンバータ２０に連結され、排気マニホルド１９内には空燃比センサ２１が配置される。また、シリンダブロック２には機関冷却水温を検出するための水温センサ２２が取り付けられている。
【００２０】
一方、図１に示した実施形態ではクランクケース１とシリンダブロック２との連結部にクランクケース１とシリンダブロック２のシリンダ軸線方向の相対位置を変化させることによりピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更可能な可変圧縮比機構Ａが設けられており、さらに実際の圧縮作用の開始時期を変更可能な実圧縮作用開始時期変更機構Ｂが設けられている。なお、図１に示した実施形態ではこの実圧縮作用開始時期変更機構Ｂは吸気弁７の閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構からなる。
【００２１】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。エアフロメータ１８、空燃比センサ２１及び水温センサ２２の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２と車速に比例した出力パルスを発生する車速センサ４３とが接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して点火プラグ６、燃料噴射弁１３、スロットル弁駆動用アクチュエータ１６、可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂに接続される。
【００２２】
図２は図１に示す可変圧縮比機構Ａの分解斜視図を示しており、図３は図解的に表した内燃機関の側面断面図を示している。図２を参照すると、シリンダブロック２の両側壁の下方には互いに間隔を隔てた複数個の突出部５０が形成されており、各突出部５０内にはそれぞれ断面円形のカム挿入孔５１が形成されている。一方、クランクケース１の上壁面上には互いに間隔を隔ててそれぞれ対応する突出部５０の間に嵌合せしめられる複数個の突出部５２が形成されており、これらの各突出部５２内にもそれぞれ断面円形のカム挿入孔５３が形成されている。
【００２３】
図２に示したように一対のカムシャフト５４、５５が設けられており、各カムシャフト５４、５５上には一つおきに各カム挿入孔５３内に回転可能に挿入される円形カム５８が固定されている。これらの円形カム５８は各カムシャフト５４、５５の回転軸線と共軸をなす。一方、各円形カム５８の両側には図３に示すように各カムシャフト５４、５５の回転軸線に対して偏心配置された偏心軸５７が延びており、この偏心軸５７上に別の円形カム５６が偏心して回転可能に取付けられている。図２に示したようにこれら円形カム５６は各円形カム５８の両側に配置されており、これら円形カム５６は対応する各カム挿入孔５１内に回転可能に挿入されている。また、図２に示したようにカムシャフト５５にはカムシャフト５５の回転角度を表す出力信号を発生するカム回転角度センサ２５が取付けられている。
【００２４】
図３（Ａ）に示すような状態から各カムシャフト５４、５５上に固定された円形カム５８を図３（Ａ）において矢印で示したように互いに反対方向に回転させると偏心軸５７が互いに離れる方向に移動するために円形カム５６がカム挿入孔５１内において円形カム５８とは反対方向に回転し、図３（Ｂ）に示したように偏心軸５７の位置が高い位置から中間高さ位置となる。次いで更に円形カム５８を矢印で示した方向に回転させると図３（Ｃ）に示したように偏心軸５７は最も低い位置となる。
【００２５】
なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）にはそれぞれの状態における円形カム５８の中心ａと偏心軸５７の中心ｂと円形カム５６の中心ｃとの位置関係が示されている。
【００２６】
図３（Ａ）から図３（Ｃ）を比較するとわかるようにクランクケース１とシリンダブロック２の相対位置は円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離によって定まり、円形カム５８の中心ａと円形カム５６の中心ｃとの距離が大きくなるほどシリンダブロック２はクランクケース１から離れる。すなわち、可変圧縮比機構Ａは回転するカムを用いたクランク機構によりクランクケース１とシリンダブロック２間の相対位置を変化させていることになる。シリンダブロック２がクランクケース１から離れるとピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積は増大し、したがって各カムシャフト５４、５５を回転させることによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を変更することができる。
【００２７】
図２に示したように各カムシャフト５４、５５をそれぞれ反対方向に回転させるために駆動モータ５９の回転軸にはそれぞれ螺旋方向が逆向きの一対のウォーム６１、６２が取付けられており、これらウォーム６１、６２と噛合するウォームホイール６３、６４がそれぞれ各カムシャフト５４、５５の端部に固定されている。この実施形態では駆動モータ５９を駆動することによってピストン４が圧縮上死点に位置するときの燃焼室５の容積を広い範囲に亘って変更することができる。なお、図１から図３に示される可変圧縮比機構Ａは一例を示すものであっていかなる形式の可変圧縮比機構でも用いることができる。
【００２８】
一方、図４は図１において吸気弁７を駆動するためのカムシャフト７０の端部に取付けられた可変バルブタイミング機構Ｂを示している。図４を参照すると、この可変バルブタイミング機構Ｂは機関のクランク軸によりタイミングベルトを介して矢印方向に回転せしめられるタイミングプーリ７１と、タイミングプーリ７１と一緒に回転する円筒状ハウジング７２と、吸気弁駆動用カムシャフト７０と一緒に回転し且つ円筒状ハウジング７２に対して相対回転可能な回転軸７３と、円筒状ハウジング７２の内周面から回転軸７３の外周面まで延びる複数個の仕切壁７４と、各仕切壁７４の間で回転軸７３の外周面から円筒状ハウジング７２の内周面まで延びるベーン７５とを具備しており、各ベーン７５の両側にはそれぞれ進角用油圧室７６と遅角用油圧室７７とが形成されている。
【００２９】
各油圧室７６、７７への作動油の供給制御は作動油供給制御弁７８によって行われる。この作動油供給制御弁７８は各油圧室７６、７７にそれぞれ連結された油圧ポート７９、８０と、油圧ポンプ８１から吐出された作動油の供給ポート８２と、一対のドレインポート８３、８４と、各ポート７９、８０、８２、８３、８４間の連通遮断制御を行うスプール弁８５とを具備している。
【００３０】
吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を進角すべきときは図４においてスプール弁８５が右方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート７９を介して進角用油圧室７６に供給されると共に遅角用油圧室７７内の作動油がドレインポート８４から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印方向に相対回転せしめられる。
【００３１】
これに対し、吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を遅角すべきときは図４においてスプール弁８５が左方に移動せしめられ、供給ポート８２から供給された作動油が油圧ポート８０を介して遅角用油圧室７７に供給されると共に進角用油圧室７６内の作動油がドレインポート８３から排出される。このとき回転軸７３は円筒状ハウジング７２に対して矢印と反対方向に相対回転せしめられる。
【００３２】
回転軸７３が円筒状ハウジング７２に対して相対回転せしめられているときにスプール弁８５が図４に示した中立位置に戻されると回転軸７３の相対回転動作は停止せしめられ、回転軸７３はそのときの相対回転位置に保持される。したがって可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相を所望の量だけ進角させることができ、遅角させることができることになる。
【００３３】
図５において実線は可変バルブタイミング機構Ｂによって吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も進角されているときを示しており、破線は吸気弁駆動用カムシャフト７０のカムの位相が最も遅角されているときを示している。したがって吸気弁７の開弁期間は図５において実線で示す範囲と破線で示す範囲との間で任意に設定することができ、したがって吸気弁７の閉弁時期も図５において矢印Ｃで示す範囲内の任意のクランク角に設定することができる。
【００３４】
図１及び図４に示した可変バルブタイミング機構Ｂは一例を示すものであって、例えば吸気弁の開弁時期を一定に維持したまま吸気弁の閉弁時期のみを変えることのできる可変バルブタイミング機構等、種々の形式の可変バルブタイミング機構を用いることができる。
【００３５】
次に図６を参照しつつ本願において使用されている用語の意味について説明する。なお、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には説明のために燃焼室容積が５０mlでピストンの行程容積が５００mlであるエンジンが示されており、これら図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において燃焼室容積とはピストンが圧縮上死点に位置するときの燃焼室の容積を表している。
【００３６】
図６（Ａ）は機械圧縮比について説明している。機械圧縮比は圧縮行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積のみから機械的に定まる値であってこの機械圧縮比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ａ）に示した例ではこの機械圧縮比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。
【００３７】
図６（Ｂ）は実圧縮比について説明している。この実圧縮比は実際に圧縮作用が開始されたときからピストンが上死点に達するまでの実際のピストン行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの実圧縮比は（燃焼室容積＋実際の行程容積）／燃焼室容積で表される。すなわち、図６（Ｂ）に示したように圧縮行程においてピストンが上昇を開始しても吸気弁が開弁している間は圧縮作用は行われず、吸気弁が閉弁したときから実際の圧縮作用が開始される。したがって実圧縮比は実際の行程容積を用いて上記の如く表される。図６（Ｂ）に示した例では実圧縮比は（５０ml＋４５０ml）／５０ml＝１０となる。
【００３８】
図６（Ｃ）は膨張比について説明している。膨張比は膨張行程時のピストンの行程容積と燃焼室容積から定まる値であってこの膨張比は（燃焼室容積＋行程容積）／燃焼室容積で表される。図６（Ｃ）に示した例ではこの膨張比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。
【００３９】
次に図７及び図８を参照しつつ本発明において用いられている超膨張比サイクルについて説明する。なお、図７は理論熱効率と膨張比との関係を示しており、図８は本発明において負荷に応じ使い分けられている通常のサイクルと超高膨張比サイクルとの比較を示している。
【００４０】
図８（Ａ）は吸気弁が下死点近傍で閉弁し、ほぼ吸気下死点付近からピストンによる圧縮作用が開始される場合の通常のサイクルを示している。この図８（Ａ）に示す例でも図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す例と同様に燃焼室容積が５０mlとされ、ピストンの行程容積が５００mlとされている。図８（Ａ）からわかるように通常のサイクルでは機械圧縮比は（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１であり、実圧縮比もほぼ１１であり、膨張比も（５０ml＋５００ml）／５０ml＝１１となる。すなわち、通常の内燃機関では機械圧縮比と実圧縮比と膨張比とがほぼ等しくなる。
【００４１】
図７における実線は実圧縮比と膨張比とがほぼ等しい場合の、すなわち通常のサイクルにおける理論熱効率の変化を示している。この場合には膨張比が大きくなるほど、すなわち実圧縮比が高くなるほど理論熱効率が高くなることがわかる。したがって通常のサイクルにおいて理論熱効率を高めるには実圧縮比を高くすればよいことになる。しかしながら機関高負荷運転時におけるノッキングの発生の制約により実圧縮比は最大でも１２程度までしか高くすることができず、斯くして通常のサイクルにおいては理論熱効率を十分に高くすることはできない。
【００４２】
一方、このような状況下で機械圧縮比と実圧縮比とを厳密に区分しつつ理論熱効率を高めることが検討され、その結果理論熱効率は膨張比が支配し、理論熱効率に対して実圧縮比はほとんど影響を与えないことが見出されたのである。すなわち、実圧縮比を高くすると爆発力は高まるが圧縮するために大きなエネルギが必要となり、斯くして実圧縮比を高めても理論熱効率はほとんど高くならない。
【００４３】
これに対し、膨張比を大きくすると膨張行程時にピストンに対し押下げ力が作用する期間が長くなり、斯くしてピストンがクランクシャフトに回転力を与えている期間が長くなる。したがって膨張比は大きくすれば大きくするほど理論熱効率が高くなる。図７の破線ε＝１０は実圧縮比を１０に固定した状態で膨張比を高くしていった場合の理論熱効率を示している。このように実圧縮比εを低い値に維持した状態で膨張比を高くしたときの理論熱効率の上昇量と、図７の実線で示す如く実圧縮比も膨張比と共に増大せしめられる場合の理論熱効率の上昇量とは大きな差がないことがわかる。
【００４４】
このように実圧縮比が低い値に維持されているとノッキングが発生することがなく、したがって実圧縮比を低い値に維持した状態で膨張比を高くするとノッキングの発生を阻止しつつ理論熱効率を大巾に高めることができる。図８（Ｂ）は可変圧縮比機構Ａ及び可変バルブタイミング機構Ｂを用いて、実圧縮比を低い値に維持しつつ膨張比を高めるようにした場合の一例を示している。
【００４５】
図８（Ｂ）を参照すると、この例では可変圧縮比機構Ａにより燃焼室容積が５０mlから２０mlまで減少せしめられる。一方、可変バルブタイミング機構Ｂによって実際のピストン行程容積が５００mlから２００mlになるまで吸気弁の閉弁時期が遅らされる。その結果、この例では実圧縮比は（２０ml＋２００ml）／２０ml＝１１となり、膨張比は（２０ml＋５００ml）／２０ml＝２６となる。図８（Ａ）に示した通常のサイクルでは前述したように実圧縮比がほぼ１１で膨張比が１１であり、この場合に比べると図８（Ｂ）に示した場合には膨張比のみが２６まで高められていることがわかる。これが超高膨張比サイクルと称される所以である。
【００４６】
一般的に言って内燃機関では機関負荷が低いほど熱効率が悪くなり、したがって機関運転時における熱効率を向上させるためには、すなわち燃費を向上させるには機関負荷が低いときの熱効率を向上させることが必要となる。一方、図８（Ｂ）に示した超高膨張比サイクルでは圧縮行程時の実際のピストン行程容積が小さくされるために燃焼室５内に吸入しうる吸入空気量は少なくなり、したがってこの超高膨張比サイクルは機関負荷が比較的低いときにしか採用できないことになる。したがって本発明では機関負荷が比較的低いときには図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルとし、機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示す通常のサイクルとするようにしている。
【００４７】
次に図９を参照しつつ運転制御全般について説明する。
図９には機関負荷に応じた機械圧縮比、膨張比、吸気弁７の閉弁時期、実圧縮比、吸入空気量、スロットル弁１７の開度およびポンピング損失の各変化が示されている。なお、本発明による実施例では触媒コンバータ２０内の三元触媒によって排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯおよびＮＯxを同時に低減しうるように通常燃焼室５内における平均空燃比は空燃比センサ２１の出力信号に基いて理論空燃比にフィードバック制御されている。
【００４８】
さて、前述したように機関高負荷運転時には図８（Ａ）に示した通常のサイクルが実行される。したがって図９に示したようにこのときには機械圧縮比は低くされるために膨張比は低く、図９において実線で示したように吸気弁７の閉弁時期は図５において実線で示される如く早められている。また、このときには吸入空気量は多く、このときスロットル弁１７の開度は全開又はほぼ全開に保持されているのでポンピング損失は零となっている。
【００４９】
一方、図９において実線で示したように機関負荷が低くなるとそれに伴って吸入空気量を減少すべく吸気弁７の閉弁時期が遅くされる。またこのときには実圧縮比がほぼ一定に保持されるように図９に示される如く機関負荷が低くなるにつれて機械圧縮比が増大され、したがって機関負荷が低くなるにつれて膨張比も増大される。なお、このときにもスロットル弁１７は全開状態に保持されており、したがって燃焼室５内に供給される吸入空気量はスロットル弁１７によらずに吸気弁７の閉弁時期を変えることによって制御されている。このときにもポンピング損失は零となる。
【００５０】
このように機関高負荷運転状態から機関負荷が低くなるときには実圧縮比がほぼ一定のもとで吸入空気量が減少するにつれて機械圧縮比が増大せしめられる。すなわち、吸入空気量の減少に比例してピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積が減少せしめられる。したがってピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は吸入空気量に比例して変化していることになる。なお、このとき図９に示した例では燃焼室５内の空燃比は理論空燃比となっているのでピストン４が圧縮上死点に達したときの燃焼室５の容積は燃料量に比例して変化していることになる。
【００５１】
機関負荷がさらに低くなると機械圧縮比はさらに増大せしめられ、機関負荷がやや低負荷寄りの中負荷Ｌ1まで低下すると機械圧縮比は燃焼室５の構造上限界となる最大限界機械圧縮比に達する。機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達すると、機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では機械圧縮比が最大限界機械圧縮比に保持される。したがって低負荷側の機関中負荷運転時及び機関低負荷運転時には、すなわち機関低負荷運転側では、機械圧縮比は最大となり、膨張比も最大となる。別の言い方をすると機関低負荷運転側では最大の膨張比が得られるように機械圧縮比が最大にされる。
【００５２】
一方、図９に示した実施形態では機関負荷がＬ1まで低下すると吸気弁７の閉弁時期が燃焼室５内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期となる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達すると吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域では吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持される。
【００５３】
吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に保持されるともはや吸気弁７の閉弁時期の変化によっては吸入空気量を制御することができない。図９に示した実施形態ではこのとき、すなわち吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期に達したときの機関負荷Ｌ1よりも負荷の低い領域ではスロットル弁１７によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が制御され、機関負荷が低くなるほどスロットル弁１７の開度は小さくされる。
【００５４】
一方、図９において破線で示すように機関負荷が低くなるにつれて吸気弁７の閉弁時期を早めることによってもスロットル弁１７によらずに吸入空気量を制御することができる。したがって、図９において実線で示した場合と破線で示した場合とをいずれも包含しうるように表現すると、本発明による実施形態では吸気弁７の閉弁時期は、機関負荷が低くなるにつれて、燃焼室内に供給される吸入空気量を制御しうる限界閉弁時期Ｌ1まで吸気下死点ＢＤＣから離れる方向に移動せしめられることになる。このように吸入空気量は吸気弁７の閉弁時期を図９において実線で示すように変化させても制御することができるし、破線に示すように変化させても制御することができるが、以下本発明について吸気弁７の閉弁時期を図９において実線で示すように変化させた場合を例にとって説明する。
【００５５】
ところで前述したように図８（Ｂ）に示す超高膨張比サイクルでは膨張比が２６とされる。この膨張比は高いほど好ましいが図７からわかるように実用上使用可能な下限実圧縮比ε＝５に対しても２０以上であればかなり高い理論熱効率を得ることができる。したがって本発明では膨張比が２０以上となるように可変圧縮比機構Ａが形成されている。
【００５６】
さて、図９に示したようにアイドル運転時には通常、吸気弁７の閉弁時期は限界閉弁時期付近となっている。しかしながら、本実施形態では、アイドル運転時における吸気弁７の閉弁時期は必要に応じて種々に変更せしめられる。例えば、サージタンク１２内の負圧によって作動する装置（ブレーキブースター等）のためにサージタンク１２内に負圧を発生させることが必要な場合等においては、スロットル弁開度が比較的小さくされ、これに伴って吸気弁７の閉弁時期が或る程度進角せしめられる。したがって、本実施形態では、吸気弁７の閉弁時期は、限界閉弁時期から進角側の時期までの間で様々な時期に設定せしめられることになる。
【００５７】
ところで、一般に、アイドル運転時には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときには機関回転数が目標アイドル回転数となるようにスロットル弁開度を変化させて吸入空気量を制御する回転数制御が行われる。一方、上述したように本実施形態の火花点火式内燃機関では、アイドル運転時には限界閉弁時期から進角側の時期までの間の様々な時期に設定される。特に、アイドル運転時に吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期にされていると、回転数の収束性や制御性が悪化する。以下、このことについて説明する。
【００５８】
図１０は、機関回転数とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室５内に供給される吸入空気量との関係を示している。図１０からわかるように、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合（例えば、図中の６０°ＡＢＤＣ）、機関回転数が小さくなるにつれて一回転当たりの吸入空気量が大きく増大する。このため、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下すると、燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大し、これに伴って発生トルクが増大し、結果的に機関回転数が増大することになる。このため、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合には、特に積極的な制御を行わなくても機関回転数が目標アイドル回転数付近に収束するようになる。
【００５９】
一方、図１０からわかるように、アイドル運転時において吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合（例えば、図中の１３０°ＡＢＤＣ）、機関回転数が小さくなっても一回転当たり吸入空気量はそれほど増大しない。このため、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数よりも低下しても、燃焼室５内に供給される吸入空気量はそれほど増大せず、よって発生トルクもそれほど増大せず、結果的に機関回転数はあまり増大しないことになる。このため、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合には、機関回転数の収束性が低下することになる。
【００６０】
図１１は、吸気管内（サージタンク１２内）負圧とクランクシャフト一回転当たりに燃焼室５内に供給される吸入空気量との関係を示している。図１１からわかるように、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合（例えば、図中の６０°ＡＢＤＣ）、吸気管内負圧の変化量に対する一回転当たりの吸入空気量の変化量が大きい。このため、機関回転数が目標アイドル回転数からずれている場合に、このずれがなくなるように燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させるのに必要な吸気管負圧の変化量は小さい。このため、吸気弁７の閉弁時期が比較的進角側の時期となっている場合には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれていても、比較的迅速に機関回転数を目標アイドル回転数に近づけることができ、よって回転数制御における応答性は比較的高い。
【００６１】
ところが、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合（例えば、図中の１３０°ＡＢＤＣ）、吸気管内負圧の変化量に対する一回転当たりの吸入空気量の変化量が小さい。このため、機関回転数が目標アイドル回転数からずれている場合に、このずれがなくなるように燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させるのに必要な吸気管負圧の変化量は大きい。このため、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期付近の遅角側の時期となっている場合には、機関回転数が目標アイドル回転数からずれると、機関回転数を目標アイドル回転数に迅速に近づけることができず、よって回転数制御における応答性は比較的低いものとなってしまう。
【００６２】
ところで、アイドル運転時において機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときに目標アイドル回転数になるように機関回転数を制御する方法としては、スロットル弁開度を変化させる他に、吸気弁７の閉弁時期を変化させることが挙げられる。吸気弁７の閉弁時期を進角させると燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大せしめられるため、発生トルクを大きくさせることができ、結果的に機関回転数を上昇させることがでる。一方、吸気弁７の閉弁時期を遅角させると燃焼室５内に供給される吸入空気量が減少せしめられるため、発生トルクを小さくさせることができ、結果的に機関回転数を低下させることができる。
【００６３】
また、スロットル弁開度を変化させて燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させる場合には、スロットル弁開度の変化によってサージタンク１２内の負圧が変化し、この負圧の変化によって燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化せしめられるため、スロットル弁開度を変化させてから燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化するまでに時間がかかる。このため、スロットル弁開度を変化させることで機関回転数を制御する場合には、応答性はそれほど高くない。
【００６４】
一方、吸気弁７の閉弁時期を変化させて燃焼室５内に供給される吸入空気量を変化させる場合には、吸気弁７の閉弁時期を変化させると直ぐに燃焼室５内に供給される吸入空気量が変化する。このため、吸気弁７の閉弁時期を変化させることで機関回転数の制御をする場合には、比較的高い応答性で機関回転数を制御することができる。
【００６５】
そこで、本発明の実施形態では、吸気弁７の閉弁時期が遅角側の時期となっている場合、すなわち機関回転数の収束性が悪化すると共にスロットル弁開度による回転数制御の応答性が低い場合には、スロットル弁開度及び吸気弁７の閉弁時期のうち吸気弁７の閉弁時期によって機関回転数の制御を行う割合を大きくすると共に、吸気弁７の閉弁時期が進角側の時期となっている場合、すなわち機関回転数の収束性が良く且つスロットル弁開度による回転数制御の応答性が高い場合には、スロットル弁開度及び吸気弁７の閉弁時期のうちスロットル弁開度によって機関回転数の制御を行う割合を大きくするようにしている。
【００６６】
以下、本実施形態における、機関回転数が目標アイドル回転数からずれたときの吸気弁７の閉弁時期の補正量の算出方法について説明する。
【００６７】
図１２は、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１２における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。したがって、機関回転数のズレ量が図１２中のａである場合には、吸気弁７の閉弁時期をｘだけ進角させることにより、機関回転数がズレ量ａだけ上昇するのに必要な分だけ燃焼室５内に供給される吸入空気量が増大する。その結果、スロットル弁開度等を変更することなく機関回転数を目標アイドル回転数にすることができる。図１２からわかるように、吸気弁７の閉弁時期は、機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには遅角せしめられ、機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには進角せしめられる。また、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量の絶対値は、目標アイドル回転数からの機関回転数のズレ量が大きくなるほど大きくなる。
【００６８】
図１３は、吸気弁７の閉弁時期等の補正を行う前における吸気弁７の閉弁時期と補正反映率との関係を示す図である。図１３からわかるように、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め設定された基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には補正反映率はほぼゼロとされる。一方、吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には吸気弁７の閉弁時期が遅角されるのに伴って補正反映率が高くなり、吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期にまで遅角されているときには補正反映率がほぼ１とされる。
【００６９】
本実施形態では、図１２に示したような目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を表すマップに基づいて吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量を算出すると共に、図１３に示したような吸気弁７の閉弁時期と補正反映率との関係を表すマップに基づいて補正反映率を算出し、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量に補正反映率を乗算することで得られた吸気弁７の閉弁時期の補正量の分だけ吸気弁７の閉弁時期が変更せしめられる。
【００７０】
したがって、補正前の吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれていても補正反映率がゼロであるため吸気弁７の閉弁時期は補正されない。一方、補正前の吸気弁７の閉弁時期が基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれていると、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量と補正反映率とに応じて吸気弁７の閉弁時期が補正されることになる。このときの吸気弁７の閉弁時期の補正量は、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量が大きくなるほど及び補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側であるほど大きくなる。
【００７１】
一方、目標アイドル回転数に対して機関回転数がずれているにも関わらず吸気弁７の閉弁時期が補正されない場合や、目標アイドル回転数に対する機関回転数のズレ量に対する吸気弁７の閉弁時期の補正量が十分でない場合には、機関回転数が目標アイドル回転数になるようにスロットル弁開度が補正されることになる。したがって、補正前の吸気弁７の閉弁時期が進角側の時期にある場合には、吸気弁７の閉弁時期は補正されずにスロットル弁開度のみが補正されることになる。一方、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側にある場合には、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側であるほど吸気弁７の閉弁時期の補正量が大きくなり、逆にスロットル弁開度の補正量が小さくなることになる。
【００７２】
なお、上記実施形態では、吸気弁７の閉弁時期に対する補正反映率は、吸気弁７の閉弁時期に基づいて図１３に示したように算出される。しかしながら、必ずしも吸気弁７の閉弁時期に基づいて図１３に示したように算出される必要はなく、例えば図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示したように算出されてもよい。
【００７３】
図１４（ａ）に示した例では、補正前における吸気弁７の閉弁時期が最も進角されているときのみ補正反映率がほぼゼロとされると共に、補正前における吸気弁７の閉弁時期が遅角されるのに伴って補正反映率が高くされる。吸気弁７の閉弁時期が限界閉弁時期にまで遅角される前に補正反映率が１とされ、そこから限界閉弁時期までは補正反映率が１とされている。一方、図１４（ｂ）に示した例では、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側の時期にある場合には補正反映率はゼロ又はほぼゼロとされ、補正前における吸気弁７の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも遅角側の時期にある場合には補正反映率は１又はほぼ１とされる。
【００７４】
したがって、これら図１３及び図１４（ａ）、（ｂ）に示した例をまとめると、本実施形態では、補正前の吸気弁７の閉弁時期が遅角側の時期である場合には、進角側の時期である場合に比べて、目標アイドル回転数に対する機関回転数の同一ズレ量に対する吸気弁７の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされると言える。
【００７５】
図１５は、アイドル運転時における回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎に実行される。
【００７６】
まず、ステップＳ１１では、車両状態及び機関運転状態に関するパラメータが検出される。具体的には、車速センサ４３によって内燃機関を搭載した車両の車速が検出されると共に、負荷センサ４１、水温センサ２２、クランク角センサ４３によってそれぞれ機関負荷、機関冷却水の温度、機関回転数等が検出され、また、現在の吸気弁７の閉弁時期等も検出される。
【００７７】
次いで、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で算出された車両状態及び機関運転状態に関するパラメータに基づいて、内燃機関がアイドル運転中であるか否かが判定される。内燃機関がアイドル運転中でないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、内燃機関がアイドル運転中であると判定された場合にはステップＳ１３へと進む。
【００７８】
ステップＳ１３では、目標アイドル回転数ＮｅｔｒｇとステップＳ１１で検出された現在の機関回転数Ｎｅとのズレ量ΔＮｅ（＝Ｎｅ−Ｎｅｔｒｇ）が算出される。目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇは予め定められた一定値であっても良いし、機関冷却水の温度や外気温等に基づいて変化するような値であってもよい。
【００７９】
ステップＳ１４では、図１２に示したようなマップに基づいて、ステップＳ１３で算出された機関回転数のズレ量ΔＮｅを用いて、ＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅが算出される。次いで、ステップＳ１５では、図１３に示したようなマップに基づいて、ステップＳ１１で検出された吸気弁７の閉弁時期を用いて、補正反映率Ｋが算出される。ステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出されたＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅに補正反映率Ｋを乗算してＩＶＣ補正量ΔＩＶＣが算出される。
【００８０】
次いで、ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出されたＩＶＣ補正量ΔＩＶＣ分だけ吸気弁７の閉弁時期が補正されるように可変バルブタイミング機構Ｂが制御される。次いで、ステップＳ１８では、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるようにスロットル弁開度が補正される。このとき、スロットル弁開度の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【００８１】
なお、上記実施形態では、ステップＳ１８では、スロットル弁開度のみを補正している。しかしながら、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるように、スロットル弁開度に加えて点火プラグ６による点火時期を補正してもよい。この場合においても、スロットル弁開度の補正量及び点火時期の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【００８２】
次に、図１６を参照して本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態における内燃機関の制御装置は、第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、第二実施形態では、機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量とのマップとして、図１３に示したマップとは異なるマップが用いられる。
【００８３】
図１６は、第二実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１６における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも小さい量となっている。
【００８４】
したがって、本実施形態では、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁７の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁７の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる。
【００８５】
ここで、吸気弁７の閉弁時期を遅角すると、実圧縮比は低下する。実圧縮比が低下し過ぎると燃焼室５内における混合気の燃焼が悪化する場合がある。本実施形態では、吸気弁７の閉弁時期の遅角に関してはその遅角量が低く抑えられるため、混合気の燃焼悪化を抑制することができる。
【００８６】
次に、図１７を参照して本発明の第三実施形態について説明する。第三実施形態における内燃機関の制御装置は、基本的に第一実施形態の制御装置と同様である。しかしながら、第三実施形態でも、機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量とのマップとして、図１３に示したマップとは異なるマップが用いられる。
【００８７】
図１７は、第三実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量との関係を示す図である。図１７における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、機械圧縮比に応じて変化するようになっている。
【００８８】
具体的には、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、機械圧縮比が低いほど遅角側の補正量が小さくされており、機械圧縮比が限界機械圧縮比となるまで高められているときには、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。
【００８９】
このように、機械圧縮比が低いほど遅角側の補正量を小さくすることにより、上記第二実施形態と同様に、実圧縮比の低下を抑制することができ、これにより混合気の燃焼悪化を抑制することができる。
【００９０】
次に、図１８を参照して本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態における内燃機関の制御装置は第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、本実施形態では、機関回転数が目標アイドル回転数からずれているときに、吸気弁７の閉弁時期等に加えて機械圧縮比も補正される。
【００９１】
図１８は、本実施形態において用いられる機関回転数のズレ量と、吸気弁７の閉弁時期（ＩＶＣ）の暫定補正量及び機械圧縮比の補正量との関係を示す図である。図１８における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、回転数ズレ量がマイナスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低い領域）において、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な補正量となっている。しかしながら、回転数ズレ量がプラスである領域（すなわち、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高い領域）では、吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量はゼロとなっている。したがって、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期の補正は行われない。
【００９２】
一方、図１８からわかるように、回転数ズレ量がマイナスである領域では、機械圧縮比の補正量はゼロとされる。これに対して、回転数ズレ量がプラスである領域では、機械圧縮比が低下するように補正されると共に、その補正量は回転数ズレ量が大きくなるにつれて大きくされる。
【００９３】
したがって、本実施形態では、回転数ズレ量がプラスである領域では、吸気弁７の閉弁時期を進角することにより機関回転数の補正が行われ、回転数ズレ量がマイナスである領域では、機械圧縮比を低下させることにより機関回転数の補正が行われる。
【００９４】
ここで、燃費向上の観点から機関低負荷運転時には吸気弁７の閉弁時期は限界閉弁時期まで遅角されているのが好ましい。しかしながら、機関低負荷運転時に吸気弁７の閉弁時期を限界閉弁時期にまで遅角させていると、アイドル運転時における回転数制御において、吸気弁７の閉弁時期をそれ以上遅角させることができなくなってしまう。
【００９５】
本実施形態では、アイドル運転中の回転数制御を行うに当たっては吸気弁７の閉弁時期を遅角側に補正する必要はないため、アイドル運転時における吸気弁７の閉弁時期の基本設定を限界閉弁時期にまで遅角させることができる。
【００９６】
なお、上記実施形態で機械圧縮比の補正量は回転数ズレ量が大きくなるほど大きくされている。しかしながら、機械圧縮比の補正量が大きくなり過ぎると、すなわち機械圧縮比が低下し過ぎると失火を招く恐れがあることから、補正後の機械圧縮比が所定の下限値を超える場合には機械圧縮比をこの所定の下限値に設定するようにしてもよい。
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明の第五実施形態について説明する。第五実施形態における内燃機関の制御装置は第一実施形態の制御装置と基本的に同様である。しかしながら、本実施形態では、アイドル運転時の回転数制御において機関回転数のハンチングが生じた場合には吸気弁７の閉弁時期の補正量を小さくするように学習制御が行われる。
【００９８】
ところで、図１２に示したようなマップは、予め実験により又は計算により内燃機関の種類毎に求められる。図１２における吸気弁７の閉弁時期の暫定補正量は、上述したように吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量となっている。しかしながら、同一種類の内燃機関でも個体差があったり、内燃機関に経年劣化が生じたりすると、この暫定補正量が、吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも多くなったり少なくなったりしてしまう。特に、この暫定補正量が吸気弁７の閉弁時期のみを変更することにより機関回転数のズレ量を完全に補償するのに必要な量よりも多くなってしまうと、過補正により機関回転数のハンチングが生じてしまう。
【００９９】
そこで、本実施形態では、図１２に示したマップ等によって算出される暫定補正量、又はこの暫定補正量に補正反映率を乗算して求められる吸気弁７の閉弁時期の補正量に学習値を乗算すると共に、ハンチングが生じていると判定した場合にはこの学習値を小さくするようにしている。これにより、吸気弁７の閉弁時期を過補正してしまうことが無くなり、回転数制御を安定させることができる。
【０１００】
図１９は、本実施形態のアイドル運転時における回転数制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔毎に実行される。
【０１０１】
ステップＳ２１〜Ｓ２５は、図１５のステップＳ１１〜Ｓ１５と同様であるので説明を省略する。ステップＳ２６では、ステップＳ２４で算出されたＩＶＣ暫定補正量ΔＩＶＣｂａｓｅに補正反映率Ｋ及び学習値Ｇを乗算してＩＶＣ補正量ΔＩＶＣが算出される。
【０１０２】
次いで、ステップＳ２７では、ステップＳ２５で算出されたＩＶＣ補正量ΔＩＶＣ分だけ吸気弁７の閉弁時期が補正されるように可変バルブタイミング機構Ｂが制御される。次いで、ステップＳ２８では、機関回転数と目標アイドル回転数Ｎｅｔｒｇとのズレ量ΔＮｅがゼロになるようにスロットル弁開度が補正される。このとき、スロットル弁開度の補正量は、ズレ量ΔＮｅに加えて、吸気弁７の閉弁時期の補正量に基づいて設定される。
【０１０３】
ステップＳ２９では、機関回転数のハンチングが生じているか否かが判定される。具体的な判定方法としては、一定時間内に機関回転数が目標アイドル回転数に対して上下した回数が所定回数以上である場合等に機関回転数にハンチングが生じていると判定される。ステップＳ３０では、ハンチングが生じているか否かが判定され、ハンチングが生じていないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ３０においてハンチングが生じていると判定された場合にはステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では学習値Ｇから予め定められた一定値Ａを減算した値が新たな学習値Ｇとされ、次回の制御ルーチンにおけるステップＳ２６では、この新たな学習値Ｇが用いられる。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、ハンチングが生じていると判定した場合にのみ学習値を小さくするようにしているが、長期間ハンチングが生じていない場合には学習値を大きくするようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１ クランクケース
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 燃焼室
７ 吸気弁
１７ スロットル弁
Ａ 可変圧縮比機構
Ｂ 可変バルブタイミング機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、スロットル弁とを具備し、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う内燃機関の制御装置において、
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側にある場合には、吸気弁の閉弁時期の補正量がゼロにされる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時における吸気弁の閉弁時期が遅角側になるほど、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには吸気弁の閉弁時期が遅角側に補正されると共に実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには吸気弁の閉弁時期が進角側に補正され、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量は、機械圧縮比が低いほど小さくされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには、吸気弁の閉弁時期の遅角量はゼロにされると共に機械圧縮比が低下せしめられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記回転数制御の実行中に機関回転数のハンチングが生じた場合には、実際の機関回転数と目標アイドル回転数とのズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が小さくされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
吸気弁の閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、スロットル弁とを具備し、内燃機関のアイドル運転中には実際の機関回転数と目標アイドル回転数とにズレがあるときに、このズレがなくなるように吸気弁の閉弁時期とスロットル弁開度とを補正する回転数制御を行う内燃機関の制御装置において、
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が遅角側の時期にある場合には、進角側の時期にある場合に比べて、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時に吸気弁の閉弁時期が予め定められた基準閉弁時期よりも進角側にある場合には、吸気弁の閉弁時期の補正量がゼロにされる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記回転数制御を実行するにあたり、上記回転数制御の実行時における吸気弁の閉弁時期が遅角側になるほど、実際の機関回転数と目標アイドル回転数との同一ズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が大きくされると共にスロットル弁開度の補正量が小さくされる、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには吸気弁の閉弁時期が遅角側に補正されると共に実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも低いときには吸気弁の閉弁時期が進角側に補正され、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量の絶対値は、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも同一量だけ低いときにおける吸気弁の閉弁時期の進角量の絶対値よりも小さくされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときにおける吸気弁の閉弁時期の遅角量は、機械圧縮比が低いほど小さくされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
機械圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構をさらに具備し、
上記回転数制御を実行する際には、実際の機関回転数が目標アイドル回転数よりも高いときには、吸気弁の閉弁時期の遅角量はゼロにされると共に機械圧縮比が低下せしめられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記回転数制御の実行中に機関回転数のハンチングが生じた場合には、実際の機関回転数と目標アイドル回転数とのズレ量に対する吸気弁の閉弁時期の補正量が小さくされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−７２３０９（Ｐ２０１３−７２３０９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１０４５７（Ｐ２０１１−２１０４５７）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]