JP4449429B2 - 内燃機関の吸気弁駆動制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸気弁の動弁機構として、吸気弁の作動角を変更する第１可変動弁機構と作動角の中心角を変更する第２可変動弁機構とを備えてなる内燃機関の吸気弁駆動制御装置に関する。

内燃機関の低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気充填効率の向上による十分な出力の確保、などのために、吸気弁の作動角やその中心角を機関運転状態に応じて変えることができる吸気弁駆動制御装置が従来から種々提案されている。

特許文献１は、本出願人が先に提案したものであるが、吸気弁の可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小可能な第１可変動弁機構（リフト・作動角可変機構）と、リフトの中心角の位置を連続的に遅進させる第２可変動弁機構（位相可変機構）と、を備え、機関運転状態に応じて、吸気弁の作動角とその中心角とを、互いに独立して適切に可変制御することにより、燃費の改善や出力の向上を図った技術が開示されている。

このように２つの可変動弁機構を備えた吸気弁駆動制御装置では、運転状態に応じて、それぞれの目標値が与えられ、これに沿って各可変動弁機構が制御されることになる。
特開２００１−２６３１０５号公報

しかしながら、このように機関運転状態に応じて、吸気弁の作動角およびその中心角を互いに独立して可変制御する構成においては、運転状態が急に変化するとき、例えば、要求負荷が低負荷域から高負荷域へ比較的速い速度で変化する過渡状態においては、２つの可変動弁機構がそれぞれ目標値に対しある程度の遅れをもって作動し、かつそれぞれの作動遅れが同時に発生し得ることから、吸入空気量が目標値からずれてしまい、トルク応答性が悪化する可能性がある。

また、中〜高負荷域で、主に第２可変動弁機構により中心角を変更して吸入空気量を調整する場合に、やはり過渡運転の際に、第２可変動弁機構のアクチュエータの遅れによってトルク応答性の悪化が生じる。

本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置は、吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関の吸入空気量が相対的に少ない第１領域では主に上記作動角を変更して吸入空気量を調整するとともに吸入空気量が相対的に多い第２領域では主に上記中心角を変更して吸入空気量を調整するように構成されている。

そして、本発明では、内燃機関の運転状態に基づいて作動角の静的目標値および中心角の静的目標値を逐次算出する目標値算出手段と、第２領域において上記中心角の静的目標値と該中心角の実際値との間に偏差が生じるような急激な負荷増加を所定の過渡運転と判定する過渡運転判定手段と、この第２領域における過渡運転の期間に、上記作動角の静的目標値を増大補正する補正手段と、を備えている。上記の過渡運転の判定は、実際の偏差の大きさに基づいて判定してもよく、あるいは、アクセル開度や目標吸入空気量の変化率から判定することもできる。

上記第２領域では、負荷の変化に対し主に中心角の変更によって吸入空気量が調整されることになり、作動角は基本的に変化しないが、過渡運転であると判定したときには、中心角の作動遅れを補うように、作動角の静的目標値が補正される。これにより、トルク応答性の悪化が抑制される。

この発明によれば、中心角の目標値と実際値との間の偏差が大きくなるような内燃機関の過渡運転時に、中心角の作動遅れを補うように作動角の目標値が補正されるので、実際の吸入空気量の変化の遅れが小さくなり、過渡時のトルク応答性の悪化を抑制できる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置のシステム構成を示す構成説明図であって、内燃機関１は、吸気弁３と排気弁４とを有し、かつ吸気弁３の動弁機構として、吸気弁３のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構（ＶＥＬ）５および作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構（ＶＴＣ）６を備えている。また、吸気通路７には、モータ等のアクチュエータにより開度が制御される電子制御スロットル弁２が設けられている。ここで、上記スロットル弁２は、吸気通路７内に、ブローバイガスの処理などのために必要な僅かな負圧（例えば−５０ｍｍＨｇ）を発生させるためだけに用いられており、吸入空気量の調整は、上記第１，第２可変動弁機構５，６により吸気弁３のリフト特性を変更することで行われる。すなわち、吸入空気量の調整をスロットル弁開度に依存しない実質的なスロットルレス運転が実現される。これらの第１，第２可変動弁機構５，６および電子制御スロットル弁２は、コントロールユニット１０によって制御されているが、基本的には、内燃機関１の燃焼安定性と燃費を最良にする観点から、吸入空気量が相対的に少ない所定領域（ＶＥＬ領域：第１領域）では、中心角を所定の進角位置に固定し、作動角を変更することで吸入空気量の調整を行い、また、吸入空気量が相対的に多い所定領域（ＶＴＣ領域：第２領域）では、作動角を所定の大作動角に固定し、中心角を変更することで吸入空気量の調整を行う。

また、燃料噴射弁８が吸気通路７に配設されており、上記のように吸気弁３により調整された吸入空気量に応じた量の燃料が、この燃料噴射弁８から噴射される。従って、内燃機関１の出力は、第１，第２可変動弁機構５，６により吸入空気量を調整することによって制御される。

上記のコントロールユニット１０は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられたアクセル開度センサ１１からのアクセル開度信号ＡＰＯと、エンジン回転速度センサ１２からのエンジン回転速度信号Ｎｅと、吸入空気量センサ１３からの吸入空気量信号と、を受け取り、これらの信号に基づいて、燃料噴射量、点火時期、目標作動角、目標中心角をそれぞれ演算する。そして、要求の燃料噴射量および点火時期を実現するように燃料噴射弁８および点火プラグ９を制御するとともに、目標作動角および目標中心角を実現するための制御信号を、第１可変動弁機構５のアクチュエータおよび第２可変動弁機構６のアクチュエータへそれぞれ出力する。なお、上記第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６は、その機械的な構成は公知であり、例えば、上述した特許文献１に記載の装置と同様の構成を有している。従って、その詳細な説明は省略する。

初めに、本発明に係る作動角目標値の補正を行わない場合のトルク応答性の悪化について詳しく説明する。

図２は、内燃機関がある回転速度で一定のときに、負荷に対する目標作動角および目標中心角の設定例を示している。これは、定常状態を前提とした静的な目標値であって、図の中負荷域Ｂが本発明の第１領域に相当し、高負荷域Ｃが本発明の第２領域に相当する。図示するように、第１領域では、中心角はほぼ一定であり、負荷変化に対し主に作動角が変更される。また、第２領域では、作動角はほぼ一定であり、負荷変化に対し主に中心角が変更される。ここで、中負荷域にあるトルクＴ１から高負荷域にあるトルクＴ２へと急激に変化する過渡運転を考えると、図３に示すように、アクセル開度の増加に伴って、まず目標作動角が拡大し、次に、第２領域において、目標中心角が遅角側へ変化していく。実際の作動角および中心角は、これらの目標値に対し、それぞれ応答遅れを伴った形で変化していく。従って、Ｔ１からＴ２へ変化する過渡の途中では、第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の双方が作動遅れを有し、それぞれ静的目標値からずれてしまう。

なお、図２、図３は、説明の単純化のために、第１領域では作動角のみが変化し、第２領域では中心角のみが変化するかのように描かれているが、厳密には、他方が変化しない訳ではなく、殆どの場合は、目標作動角および目標中心角の双方が同時に変化する。但し、第１領域では、作動角の変化に比較して中心角の変化は相対的に小さく、吸入空気量の変化については作動角変化が支配的であり、逆に第２領域では、中心角の変化に比較して作動角の変化が相対的に小さく、吸入空気量の変化については中心角変化が支配的となる。従って、図２、図３は、あくまでも理解を容易にするために、特性を単純化して示した図に過ぎない。これは、後述する図４、図７、図１０等の他の図においても同様である。

図４は、負荷変化に伴う最大リフト点（換言すれば中心角におけるリフト）の変化（軌跡）に着目したもので、第１可変動弁機構５は、作動角とともにリフトが拡大・縮小するので、中負荷域（第１領域）では、負荷の増加に伴って最大リフト点は徐々に高くなり、かつ中心角が一定であることから、そのクランク角位置は変化しない。そして、高負荷域（第２領域）では、最大リフト点の高さは一定のまま、そのクランク角位置が遅角していく。従って、静的な理想的な特性としては、負荷の増加に対し、太実線Ａのように変化することになる。これに対し、負荷が急激に増加する過渡時には、第１可変動弁機構５および第２可変動弁機構６の作動遅れによって、最大リフト点の軌跡は、実際には、細実線Ｂのように変化する。この結果、ある時刻で比較すると、静的目標値では最大リフト点がａ点にあるべきなのに対し、実際はｂ点となる。同一トルクを実現するための作動角と中心角の組み合わせは多数存在し、図中に等トルク線として示しているが、ａ点を通る等トルク線に比較してｂ点を通る等トルク線は、低トルクであり、従って、トルク応答性が悪化することがわかる。

本発明は、このようなトルク応答性の悪化を抑制するために、目標作動角の補正を行う。

図５は、本発明に係る補正制御の第１実施例を示すフローチャートである。この実施例は、アクセル開度ＡＰＯの値とその変化率ＤＡＰＯにより高負荷域（第２領域）における過渡運転であるか否かを判定し、高負荷域における過渡であると判定したときに、アクセル開度の変化率ＤＡＰＯに応じて作動角静的目標値を補正するようにしたものであり、（ａ）が作動角目標値算出のフローチャート、（ｂ）が中心角目標値算出のフローチャートである。

作動角目標値算出については、アクセル開度ＡＰＯから該アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量を算出し（ステップ１１）、かつこの目標吸入空気量から作動角の静的目標値を算出する（ステップ１２）。次に、現在のエンジン回転速度から高負荷域判定用の基準アクセル開度ＡＰＯＨを算出し（ステップ１３）、現在のアクセル開度ＡＰＯとこの基準アクセル開度ＡＰＯＨとを比較する（ステップ１４）。ＡＰＯ≧ＡＰＯＨの場合（ステップ１４でＹＥＳ）、現在のアクセル開度の変化率ＤＡＰＯと所定値ＤＡＰＯＫを比較する（ステップ１５）。ＤＡＰＯ≧ＤＡＰＯＫの場合（ステップ１５でＹＥＳ）、現在の運転状態が所定の過渡であると判断して、作動角静的目標値に対して補正を行い、作動角目標値として作動角動的目標値を算出する（ステップ１６）。ステップ１４でＡＰＯ＜ＡＰＯＨの場合もしくはステップ１５でＤＡＰＯ＜ＤＡＰＯＫの場合は、補正を行わずに、上記静的目標値を作動角目標値とする。

一方、中心角目標値算出については、まずアクセル開度ＡＰＯから目標吸入空気量を算出し（ステップ２１）、この目標吸入空気量から中心角の静的目標値を算出する（ステップ２２）。

図６は、この第１実施例の制御の内容を機能ブロック図として示したものである。ここで、ＡＰＯはアクセル開度、Ｎｅはエンジン回転速度、であり、これらに基づいて、目標空気量演算部２１において、目標吸入空気量ｔＶが算出される。そして、作動角静的目標値演算部２２によって作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０が求められ、かつ中心角静的目標値演算部２３によって中心角目標値（中心角静的目標値）ｔＣＥＮＴＥＲが求められる。上記作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０は、ＶＥＬ目標角度補正部２４において、過渡時にのみ補正される。過渡時の判定のために、ブロック２５では、アクセル開度ＡＰＯと高負荷判定アクセル開度ＡＰＯＨとの比較を行い、ブロック２６では、アクセル開度変化率ＤＡＰＯと過渡判定アクセル開度変化率ＤＡＰＯＫとの比較を行い、ブロック２７，２８により両者のＡＮＤ条件に基づいて、作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０の補正の要否を選択する。ｔＥＶＥＮＴは最終的な作動角目標値である。作動角静的目標値演算部２２および中心角静的目標値演算部２３は、定常運転状態で燃焼安定性を保ちつつ燃費が最良になるような作動角および中心角の静的目標値をそれぞれ算出するブロックである。本実施例では、目標吸入空気量ｔＶおよび機関回転速度Ｎｅに基づいて、対応する値を所定の制御マップから検索するマップ方式としている。また、作動角目標値の補正としては、アクセル開度変化率ＤＡＰＯに所定のゲイン３０をかけた補正量を、加算点２９において作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に加え、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴを算出する。

図７は、上記第１実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、中負荷域からアクセルペダルを踏み込み高負荷域まで過渡走行を行った際のアクセル開度ＡＰＯ、作動角、中心角およびエンジントルクの変化を示している。（ａ）のように時間ｔ１から時間ｔ３までアクセルペダルを踏み込んだとすると、アクセル開度に対応した目標吸入空気量が算出され、この目標吸入空気量から、符号Ｂ１１で示す作動角静的目標値および符号Ｃ１で示す中心角静的目標値が算出される。図３で説明したように、仮にこれらがそのまま最終的な目標値として与えられると、符号Ｂ１２および符号Ｃ２で示す線のように、第１、２可変動弁機構５，６が応答遅れを伴って作動することから、エンジントルクは、（ｄ）のＤ１の線のように得られる。

本実施例では、アクセル開度の変化率が所定値以上となり、かつアクセル開度ＡＰＯが高負荷を判定する基準アクセル開度ＡＰＯＨ以上となるｔ２からｔ３までの間、作動角静的目標値に対して、アクセル開度の変化率に応じた補正量を加えて作動角目標値を算出する。つまり符号Ｂ２１で示す線のように、作動角目標値が作動角を拡大する方向に補正される。この結果、第１可変動弁機構５の応答遅れを伴う実際の作動角は、符号Ｂ２２で示す線のように変化する。これにより、エンジントルクは、（ｄ）のＤ２の線のように、より高く得られる。

図８は、図４と同様に、中心角におけるリフトつまり最大リフト点の軌跡を示したものであり、補正を加えない場合の特性Ｂ１から、作動角目標値の補正によって特性Ｂ２へと移る。そのため、同時刻（同中心角）での作動角は、補正を加えない場合のｂ１の点からｂ２の点へと変化し、トルクが大となる方向へ移っていることがわかる。これは、図９に示すように、中心角が同じでも作動角が大きくなることにより、吸入空気量が増加するためである。なお、図９において、ＩＶＯは吸気弁開時期、ＩＶＣは吸気弁閉時期、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点であり、作動角の拡大によりＩＶＣが下死点に近付くようになる。したがって、過渡時のトルク応答性が向上する。

図１０は、同じく上記第１実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定し、特に、高負荷域においてアクセルペダルを踏み込んで過渡走行を行った場合のタイムチャートを示している。つまり、（ａ）に示すように、既にアクセル開度ＡＰＯが高負荷判定アクセル開度ＡＰＯＨを越えている状態において、さらに時間ｔ１から時間ｔ２までアクセルペダルを踏み込んだ場合の変化を示す。この場合、アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量が算出され、この目標吸入空気量から、符号Ｂ１１で示す作動角静的目標値および符号Ｃ１で示す中心角静的目標値が算出される。図３で説明したように、仮にこれらがそのまま最終的な目標値として与えられると、符号Ｂ１２および符号Ｃ２で示す線のように、第１、２可変動弁機構５，６が応答遅れを伴って作動することから、エンジントルクは、（ｄ）のＤ１の線のように得られる。なお、この高負荷域（第２領域）では、作動角静的目標値は基本的にほぼ一定であるので、実際の作動角もほぼ一定に維持される。

これに対し本実施例では、アクセル開度の変化率が所定値以上となり、かつアクセル開度ＡＰＯが高負荷を判定する基準アクセル開度ＡＰＯＨ以上となるｔ１からｔ２までの間、作動角静的目標値に対して、アクセル開度の変化率に応じた補正量を加えて作動角目標値を算出する。つまり符号Ｂ２１で示す線のように、作動角目標値が作動角を拡大する方向に補正される。この結果、第１可変動弁機構５の応答遅れを伴う実際の作動角は、符号Ｂ２２で示す線のように変化する。これにより、エンジントルクは、（ｄ）のＤ２の線のように、より高く得られる。このように、本発明では、中負荷域（第１領域）から高負荷域（第２領域）へ移行する過渡時のみならず、高負荷域（第２領域）での過渡時においても、トルク応答性の向上が達成される。

次に図１１は、本発明に係る補正制御の第２実施例を示すフローチャートである。この実施例は、中心角の目標値と現在値との間の実際の偏差に基づいて、高負荷域（第２領域）における過渡運転であるか否かを判定し、高負荷域における過渡であると判定したときに、上記偏差に応じて作動角静的目標値を補正するようにしたものであり、（ａ）が作動角目標値算出のフローチャート、（ｂ）が中心角目標値算出のフローチャートである。

作動角目標値算出については、アクセル開度ＡＰＯから該アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量を算出し（ステップ１１）、かつこの目標吸入空気量から作動角の静的目標値を算出する（ステップ１２）。次に、中心角の目標値ｔＣＥＮＴＥＲと現在値ｒＣＥＮＴＥＲとの差（ｒＣＥＮＴＥＲ−ｔＣＥＮＴＥＲ）を、所定値ｅｒｒＣＥＮＴＥＲと比較する（ステップ１３）。上記の差がｅｒｒＣＥＮＴＥＲ以上の場合（ステップ１３でＹＥＳ）は、現在の運転状態が所定の過渡であると判断して、作動角静的目標値に対して補正を行い、作動角目標値として作動角動的目標値を算出する（ステップ１４）。上記の差がｅｒｒＣＥＮＴＥＲ未満の場合（ステップ１３でＮＯ）は、補正を行わずに、上記静的目標値を作動角目標値とする。

一方、中心角目標値算出については、まずアクセル開度ＡＰＯから目標吸入空気量を算出し（ステップ２１）、この目標吸入空気量から中心角の静的目標値を算出する（ステップ２２）。

図１２は、この第２実施例の制御の内容を機能ブロック図として示したものである。前述した第１実施例と同様に、目標空気量演算部２１において、アクセル開度ＡＰＯおよびエンジン回転速度Ｎｅに基づいて、目標吸入空気量ｔＶが算出される。そして、作動角静的目標値演算部２２によって作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０が求められ、かつ中心角静的目標値演算部２３によって中心角目標値（中心角静的目標値）ｔＣＥＮＴＥＲが求められる。上記作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０は、ＶＥＬ目標角度補正部２４において、過渡時にのみ補正される。過渡時の判定のために、加算点３１において、中心角目標値ｔＣＥＮＴＥＲと現在値ｒＣＥＮＴＥＲとの偏差（ｒＣＥＮＴＥＲ−ｔＣＥＮＴＥＲ）を求めており、ブロック３２で、これを所定値ｅｒｒＣＥＮＴＥＲと比較する。この比較に基づき、ブロック３３を介して、作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０の補正の要否を選択する。ｔＥＶＥＮＴは最終的な作動角目標値である。作動角静的目標値演算部２２および中心角静的目標値演算部２３は、定常運転状態で燃焼安定性を保ちつつ燃費が最良になるような作動角および中心角の静的目標値をそれぞれ算出するブロックであり、本実施例では、目標吸入空気量ｔＶおよび機関回転速度Ｎｅに基づいて、対応する値を所定の制御マップから検索するマップ方式としている。また、作動角目標値の補正としては、上記の偏差（ｒＣＥＮＴＥＲ−ｔＣＥＮＴＥＲ）に所定のゲイン３５をかけた補正量を、加算点３４において作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に加え、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴを算出する。

図１３は、上記第２実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、中負荷域からアクセルペダルを踏み込み高負荷域まで過渡走行を行った際のアクセル開度ＡＰＯ、作動角、中心角およびエンジントルクの変化を示している。（ａ）のように時間ｔ１から時間ｔ３までアクセルペダルを踏み込んだとすると、アクセル開度に対応した目標吸入空気量が算出され、この目標吸入空気量から、符号Ｂ１１で示す作動角静的目標値および符号Ｃ１で示す中心角静的目標値が算出される。前述したように、仮にこれらがそのまま最終的な目標値として与えられると、符号Ｂ１２および符号Ｃ２で示す線のように、第１、２可変動弁機構５，６が応答遅れを伴って作動することから、エンジントルクは、（ｄ）のＤ１の線のように得られる。

本実施例では、中心角目標値とその現在値との偏差が所定値（この場合は０近傍の比較的小さな値）以上となるｔ２からｔ４までの間、作動角静的目標値に対して、上記偏差に応じた補正量を加えて作動角目標値を算出する。つまり符号Ｂ２１で示す線のように、作動角目標値が作動角を拡大する方向に補正される。この結果、第１可変動弁機構５の応答遅れを伴う実際の作動角は、符号Ｂ２２で示す線のように変化する。これにより、エンジントルクは、（ｄ）のＤ２の線のように、より高く得られる。つまり、第１実施例と同じく、同時刻（同中心角）における作動角が大きくなり、過渡時のトルク応答性が向上する。

特に、この第２実施例では、補正量を、中心角の目標値と現在値の差に応じて求めているため、中心角の現在値が目標値に近い場合に補正量が大きすぎて吸気弁閉時期が遅角側に行き過ぎ、却って吹き返りによりトルクが下がる、という現象を防ぐことができる。さらに、第２可変動弁機構６の応答性が変わっても適合が容易である。

図１４は、同じく上記第２実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、図１０と同様に、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定し、かつ、既に高負荷域にある状態からアクセルペダルを踏み込んで過渡走行を行った場合のタイムチャートを示している。（ａ）に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２までアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量が算出され、この目標吸入空気量から、符号Ｂ１１で示す作動角静的目標値および符号Ｃ１で示す中心角静的目標値が算出される。図３で説明したように、仮にこれらがそのまま最終的な目標値として与えられると、符号Ｂ１２および符号Ｃ２で示す線のように、第１、２可変動弁機構５，６が応答遅れを伴って作動することから、エンジントルクは、（ｄ）のＤ１の線のように得られる。なお、この高負荷域（第２領域）では、作動角静的目標値は基本的に一定であるので、実際の作動角も一定に維持される。

これに対し本実施例では、中心角目標値とその現在値との偏差が所定値（この場合は０近傍の比較的小さな値）以上となるｔ１からｔ３までの間、作動角静的目標値に対して、上記偏差に応じた補正量を加えて作動角目標値を算出する。つまり符号Ｂ２１で示す線のように、作動角目標値が作動角を拡大する方向に補正される。この結果、第１可変動弁機構５の応答遅れを伴う実際の作動角は、符号Ｂ２２で示す線のように変化する。これにより、エンジントルクは、（ｄ）のＤ２の線のように、より高く得られる。

以上のように、本発明では、中心角の目標値と実際値との間の偏差が大きくなるような内燃機関の過渡運転時に、中心角の作動遅れを補うように作動角の目標値が補正されるので、実際の吸入空気量の変化の遅れが小さくなり、過渡時のトルク応答性の悪化を抑制できるが、補正された作動角目標値が適正範囲を越えて過度に大きくなると、内燃機関の種々の設定によっては、吹き返しが多くなって空気量が必ずしも十分に増加しない場合がある。また、ピストンとの干渉が問題となり、例えばバルブリセスの形成が必要となったりすることもある。そこで、このような問題が生じる場合には、過渡運転時に補正される作動角目標値が過度に大きくならないように制限を加えることもできる。

図１５は、このように過渡運転時の作動角目標値に制限を加えるようにした本発明の第３実施例を示している。この図１５のフローチャートは、特に、作動角目標値の算出処理を示しており、前述した第２実施例と同様に、先ず、中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲを読み込み（ステップ５１）、この中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲと目標値ｔＣＥＮＴＥＲとの差を、基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲと比較する（ステップ５２）。上記の差が基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲ以上である場合（ステップ５２でＹＥＳ）、中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲと目標値ｔＣＥＮＴＥＲとの差分にゲインを乗じて作動角過渡補正量ＨＯＳＥＶＥＮＴを算出し（ステップ５３）、これを作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に加えて、作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫを算出する（ステップ５４）。一方、中心角の差が基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲ未満の場合（ステップ５２でＮＯ）は、静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０をそのまま作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫとする（ステップ５５）。

次に、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲによりテーブル検索して作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴを算出する（ステップ５６）。この作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴは、そのときの中心角において、空気量が最大となる作動角の値である。そして、上記の作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫと作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとを比較し、いずれか小さい方を選択して、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴとする（ステップ５７）。なお、ステップ５６において、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲとエンジン回転速度Ｎｅとをパラメータとしてマップから作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴを算出するようにすると、なおよい。

図１６は、上記第３実施例の制御の内容を機能ブロック図として示したものであり、目標空気量演算部２１、作動角静的目標値演算部２２、中心角静的目標値演算部２３、およびＶＥＬ目標角度補正部２４は、前述した第２実施例のものと特に変わりがない。なお、絞り弁目標開度演算部５０は、スロットル弁２の目標開度ｔＴＶＯを求めるもので、前述した図６および図１２では、図示省略してある。図示するように、図１２の構成に比較して、ＶＥＬ目標角度制限部５１を備えている。このＶＥＬ目標角度制限部５１を構成するブロック５２が上記のステップ５６に相当するものであり、中心角に対し空気量が最大となる作動角を割り付けたテーブルを有し、入力された中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲに対応する作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴを出力する。そして、ステップ５７に相当するブロック５３によって、ＶＥＬ目標角度補正部２４で補正された作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫが、作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ以下に制限され、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴが得られる。なお、前述したように、ブロック５２を、中心角とエンジン回転速度とをパラメータとして空気量が最大となる作動角を割り付けたマップとし、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲとエンジン回転速度Ｎｅとから作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴを求めるようにしてもよい。

図１７は、同じく上記第３実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、図７や図１３と同様に、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、時間ｔ１から時間ｔ３までアクセルペダルを踏み込んだときの、作動角、中心角およびエンジントルクの変化を示している。なお、中段の中心角の遅角・進角の方向は、前述した図７等のタイムチャートとは逆方向に描かれている。前述したように、アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量から、符号ｅで示す中心角静的目標値が算出され、実際の中心角は、応答遅れにより、符号ｆのように変化する。これにより過渡運転であると判定され、時間ｔ２から時間ｔ４の間、符号ａで示す作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に対し、過渡補正が行われる。上限値で制限しない場合、この例では、作動角動的目標値ｔＥＶＥＮＴは、符号ｂで示す特性となり、エンジントルクが符号ｈで示すように得られる。この符号ｈの特性例は、補正された作動角が過度に大きくなったため、空気量が逆に減少してしまう様子を若干誇張して示している。なお、過渡補正を行わない場合のエンジントルクは、符号ｇのような特性となる。

これに対し、本実施例では、空気量が最大となるように中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲ（符号ｆ）から算出された作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ（符号ｃ）によって、作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫ（符号ｂ）が制限され、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴが、符号ｄの太実線のように与えられるため、エンジントルクが符号ｉで示す線のように得られる。

図１８、図１９は、空気量が最大となる作動角上限値およびピストンとの干渉を回避しうる作動角上限値によって過渡運転時の作動角目標値を基本的に制限するとともに、さらに、この作動角を変化させる第１可変動弁機構５の応答遅れ分を考慮して、作動角目標値の制限を行うようにした本発明の第４実施例を示している。図１８のフローチャートは、特に、作動角目標値の算出処理を示しており、前述した第３実施例と同様に、先ず、中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲを読み込み（ステップ６１）、この中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲと目標値ｔＣＥＮＴＥＲとの差を、基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲと比較する（ステップ６２）。上記の差が基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲ以上である場合（ステップ６２でＹＥＳ）、中心角の現在値ｒＣＥＮＴＥＲと目標値ｔＣＥＮＴＥＲとの差分にゲインを乗じて作動角過渡補正量ＨＯＳＥＶＥＮＴを算出し（ステップ６３）、これを作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に加えて、作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫを算出する（ステップ６４）。一方、中心角の差が基準偏差ｅｒｒＣＥＮＴＥＲ未満の場合（ステップ５２でＮＯ）は、静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０をそのまま作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫとする（ステップ６５）。

次に、ステップ６６では、後述する図１９に示す処理により、作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤを算出する。そして、上記の作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫと作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤとを比較し、いずれか小さい方を選択して、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴとする（ステップ６７）。

図１９に示す作動角動的上限値の算出処理においては、まず、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲによりテーブル検索して作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１および作動角第２上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ２をそれぞれ算出する（ステップ７１）。上記作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１は、前述した第３実施例の作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴと同じく、そのときの中心角において、空気量が最大となる作動角の値である。また、作動角第２上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ２は、そのときの中心角において、ピストンと吸気弁との干渉が生じない限界となる作動角の値である。ステップ７２では、両者を対比し、いずれか小さい方を、静的な作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとして決定する。なお、ステップ７１において、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲとエンジン回転速度Ｎｅとをパラメータとしてマップから作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１を算出するようにすると、なおよい。

次に、作動角現在値ｒＥＶＥＮＴを読み取り（ステップ７３）、上記の作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴと作動角現在値ｒＥＶＥＮＴとから、作動角目標値を上記作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとした場合に想定される作動角想定角度ａｒＥＶＥＮＴを算出する（ステップ７４）。そして、第１可変動弁機構５の応答遅れ分として、上限値加算量ＥＶＥＮＴＡＤＤを、上記の作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴと作動角想定角度ａｒＥＶＥＮＴとの差分として算出し（ステップ７５）、これを、作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴに加えて、作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤを算出する（ステップ７６）。

図２０は、上記第４実施例の制御の内容を機能ブロック図として示したものであり、目標空気量演算部２１、作動角静的目標値演算部２２、中心角静的目標値演算部２３、ＶＥＬ目標角度補正部２４、および絞り弁目標開度演算部５０は、前述した第３実施例のものと特に変わりがない。この実施例では、ＶＥＬ目標角度制限部５１は、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲに基づいて作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１を求めるテーブルを用いたブロック６１と、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲに基づいて作動角第２上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ２を求めるテーブルを用いたブロック６２と、いずれか小さい方を選択して、静的な作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとして出力するステップ７２に相当するブロック６３と、を含む。前述したように、ブロック６１のテーブルには、中心角の各々に対して空気量が最大となる作動角の値が設定されており、ブロック６２のテーブルには、中心角の各々に対してピストンと吸気弁との干渉が生じない範囲での作動角の最大値が設定されている。なお、前述したように、ブロック３１を、中心角とエンジン回転速度とをパラメータとして空気量が最大となる作動角を割り付けたマップとし、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲとエンジン回転速度Ｎｅとから作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１を求めるようにしてもよい。

また、ステップ７４に相当する作動角想定角度演算部６４を有し、ここで求めた作動角想定角度ａｒＥＶＥＮＴと上記の静的な作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとから、ステップ７５に相当する加算点６５において、第１可変動弁機構５の応答遅れ分に対応する上限値加算量ＥＶＥＮＴＡＤＤを求める。さらに、この上限値加算量ＥＶＥＮＴＡＤＤと上記の作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴとから、ステップ７６に相当する加算点６６において、作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤを求める。そして、ステップ６７に相当するブロック５３によって、ＶＥＬ目標角度補正部２４で補正された作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫが、作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤ以下に制限され、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴが得られる。

図２１は、上記第４実施例による過渡時の作用を示すタイムチャートであり、図１７と同じく、内燃機関の回転速度がある回転速度で一定に保たれていると仮定して、時間ｔ１から時間ｔ３までアクセルペダルを踏み込んだときの、作動角、中心角およびエンジントルクの変化を示している。前述したように、アクセル開度ＡＰＯに対応した目標吸入空気量から、符号ｉで示す中心角静的目標値が算出され、実際の中心角は、応答遅れにより、符号ｊのように変化する。これにより過渡運転であると判定され、時間ｔ２から時間ｔ４の間、符号ａで示す作動角静的目標値ｔＥＶＥＮＴ０に対し、過渡補正が行われる。上限値で制限しない場合、この例では、作動角動的目標値ｔＥＶＥＮＴは、符号ｂで示す特性となり、エンジントルクが符号ｌで示すように得られる。この符号ｌの特性例は、補正された作動角が過度に大きくなったため、空気量が逆に減少してしまう様子を若干誇張して示している。なお、過渡補正を行わない場合のエンジントルクは、符号ｋのような特性となる。

これに対し、本実施例では、中心角現在値ｒＣＥＮＴＥＲ（符号ｊ）から空気量が最大となるように算出された作動角第１上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ１（符号ｃ）とピストンと吸気弁との干渉が生じないように算出された作動角第２上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ２（符号ｄ）との小さな方の値として、静的な作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴが符号ｅで示す線のように求められる。そして、これに、想定される作動角応答遅れ分を追加して、作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤを、符号ｆで示すように算出する。この作動角動的上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴＤによって、作動角補正後目標値ｔＥＶＥＮＴＫ（符号ｂ）が制限され、最終的な作動角目標値ｔＥＶＥＮＴが、符号ｇの太実線のように与えられる。この結果、実際の作動角ｒＥＶＥＮＴが、符号ｈで示す特性のように、静的な作動角上限値ＥＶＥＮＴＬＩＭＩＴ（符号ｅ）に近い特性となり、エンジントルクが符号ｍで示す線のように得られる。従って、トルク応答性を最大限に改善することができる。

本発明に係る内燃機関の吸気弁駆動制御装置のシステム構成図。 機関回転速度一定の下での負荷に対する作動角および中心角の設定の一例を示す特性図。 図２の設定による過渡時の作動角および中心角の変化を示すタイムチャート。 過渡時における最大リフト点の移動軌跡を示す特性図。 本発明に係る補正制御の第１実施例を示すフローチャート。 第１実施例のブロック図。 第１実施例による作動角の補正を行った場合の過渡時のタイムチャート。 この第１実施例による過渡時における最大リフト点の移動軌跡を示す特性図。 補正により拡大した作動角を示すグラフ。 高負荷域からの過渡走行の際に第１実施例による作動角補正を行った場合のタイムチャート。 本発明に係る補正制御の第２実施例を示すフローチャート。 第２実施例のブロック図。 第２実施例による作動角の補正を行った場合の過渡時のタイムチャート。 高負荷域からの過渡走行の際に第２実施例による作動角補正を行った場合のタイムチャート。 本発明に係る補正制御の第３実施例を示すフローチャート。 第３実施例のブロック図。 第３実施例による作動角の補正を行った場合の過渡時のタイムチャート。 本発明に係る補正制御の第４実施例を示すフローチャート。 その一部の詳細を示すフローチャート。 第４実施例のブロック図。 第４実施例による作動角の補正を行った場合の過渡時のタイムチャート。

符号の説明

２…電子制御スロットル弁
５…第１可変動弁機構
６…第２可変動弁機構
１０…コントロールユニット
１１…アクセル開度センサ

Claims (10)

1. 吸気弁の作動角を連続的に変更可能な第１可変動弁機構と、上記作動角の中心角を連続的に変更可能な第２可変動弁機構と、を備え、機関の吸入空気量が相対的に少ない第１領域では主に上記作動角を変更して吸入空気量を調整するとともに吸入空気量が相対的に多い第２領域では主に上記中心角を変更して吸入空気量を調整するようにした内燃機関の吸気弁駆動制御装置において、
   内燃機関の運転状態に基づいて作動角の静的目標値および中心角の静的目標値を逐次算出する目標値算出手段と、
   第２領域において上記中心角の静的目標値と該中心角の実際値との間に偏差が生じるような急激な負荷増加を所定の過渡運転と判定する過渡運転判定手段と、
   この第２領域における過渡運転の期間に、上記作動角の静的目標値を増大補正する補正手段と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
2. 上記過渡運転判定手段は、アクセル開度もしくはこれから算出される目標吸入空気量が上記第２領域に対応する範囲内にあり、かつ上記アクセル開度もしくは上記目標吸入空気量の変化率が所定値以上である場合に、上記の過渡運転であると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
3. 上記過渡運転判定手段は、上記中心角の目標値と該中心角の実際値との間の偏差が所定値以上となった場合に、上記の過渡運転であると判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
4. 上記補正手段は、上記アクセル開度もしくは上記目標吸入空気量の変化率に応じた補正量を、上記作動角の静的目標値に加えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
5. 上記補正手段は、上記偏差に応じた補正量を、上記作動角の静的目標値に加えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
6. 現在の中心角から作動角上限値を算出する作動角上限値算出手段と、
   過渡運転時に作動角の目標値が上記作動角上限値を越えないように制限する作動角制限手段と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
7. 上記作動角上限値算出手段は、現在の中心角において空気量が最大となる作動角を作動角上限値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
8. 上記作動角上限値算出手段は、現在の中心角において空気量が最大となる作動角に上記第１可変動弁機構の応答遅れ分を加えた値を作動角上限値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
9. 上記作動角上限値算出手段は、現在の中心角において空気量が最大となる作動角と、吸気弁とピストンとが干渉しない範囲で最大となる作動角と、の中で小さい方の値を作動角上限値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。
10. 上記作動角上限値算出手段は、現在の中心角において空気量が最大となる作動角と、吸気弁とピストンとが干渉しない範囲で最大となる作動角と、の中で小さい方の値に、さらに上記第１可変動弁機構の応答遅れ分を加えた値を、作動角上限値とすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気弁駆動制御装置。

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